REPORT별의 진화와 재료학과학번이름진화란 시간적 변화로서의 별의 일생을 의미하는 것이며, 일반적으로 별의 진화과정은 별의 질량에 따라 다르게 나타난다. 최종적으로 태양 정도의 질량을 가지는 별은 흑색왜성, 태양보다 큰 질량을 가지는 별은 중성자별과 블랙홀로 진화하게 된다.그렇다면, 지금부터 별의 진화과정과 별이 어떤 재료로 만들어 졌는지를 간단히 다뤄보고자 한다.[별의 진화 단계]별의 진화는 별의 질량과 화학적 조성에 의해 결정되는데, 진화를 근본적으로 결정하는 요인은 별의 질량, 화학적 조성은 2차적인 진화 요인이 된다. 같은 질량을 가지더라도 종족이 다르다면 진화 과정이 조금 다르게 진행되고, 모든 별들은 보통 같은 진화단계를 거쳐 진화한다. 원시성, 전주계열, 주계열, 후주계열이 이를 대표한다.별의 진화를 알아보고자 하는 것은, 시간에 따라 별의 광도와 온도(관측 가능한 물리량)이 어떻게 변하는지를 이해하기 위함이라고 말할 수 있다.1. 원시성 단계별의 최초의 모습인 ‘원시성’은 성간 물질로부터 생성된다. 이 원시성은 주변에 있는 성간 물질을 끌어들여 덩치를 키우는데, 이때 주변에 존재하는 성간 물질의 양에 따라 원시성 이후의 과정이 달라진다. 쉽게 말해, 우주 공간의 먼지와 가스로 이루어진 구름이 서로 뭉쳐 발생한 중력 수축에 의해 탄생된다. 성간 구름이 수축함에 따라 발생하는 중력 에너지 중 일부는 열에너지, 나머지는 복사 에너지로 바뀌게 된다.성간 물질의 양이 적으면 가볍고 어두운 항성이 되고, 많으면 무겁고 밝은 항성이 된다. 결국, 별의 중심부에서 수소가 서로 융합을 일으킬 수 있는 높은 온도까지 올라가야만 우리가 현재 볼 수 있는 별이 되는 것이다. 이렇게 수소 융합 반응이 일어나기 위해서는 먼저 수축하는 성간 구름이 안정적으로 되어야하며, 이전의 상태를 ‘원시성’이라 한다.2. 전주계열 단계전주계열이란, 별이 주계열 단계에 들어가기 전의 단계를 말한다. 즉, 분자구름이 중력붕괴를 시작한 부분에서 원시별 내부의 수소가 융합을 시작하는 단계 사이에 속하는 별을 전주계열성이라 한다. 원시성 중심의 에너지가 바깥쪽으로 빠져 나감에 따라 수축을 계속하며, 중심 온도는 계속적으로 증가하게 된다. 중심부의 온도가 일정수준까지 올라가게 되면 중심에서 핵융합 반응이 일어나게 되는데, 이 반응에서 나오는 에너지로 중력과 압력에 의한 힘은 평형상태를 이루고 별은 안정된 주계열 단계로 가게 된다.쉽게 말해, 원시성과 정유체 역학적 평형이 이루어지고 수소의 융합이 막 시작되는 단계 사이에 속하는 별이 전주계열성이다.3. 주계열 단계주계열 단계란, 별의 중심부에서 수소의 핵융합 반응이 일어나는 전체적인 진화단계를 말하며, 별의 일생 중 가장 긴 시간을 차지한다. 보통 평범한 별들은 그 일생의 대부분을 주심부에서 수소를 헬륨으로 전환시키며 보낸다. 이처럼, 수소의 함량이 감소함에 따라 별 중심부의 온도와 밀도는 핵융합반응을 일정하게 유지하게 위해 증가한다. 그리고 별의 내부 온도가 상승함에 따라 별의 크기는 점차 커지며, 표면에 이르는 에너지는 커져서 별의 광도가 조금씩 증가한다.현재 우리에게 가장 가까운 별인 태양은 이러한 주계열 단계에 있으며, 결과적으로 별 중심부에서 수소의 연소가 일어나는 전체적인 진화 단계를 주계열 단계라 한다.(그림1. 참고)[그림1. 주계열 단계의 별들. 질량이 커질수록 크기도 커지고 색 온도가 높아져 푸른색을 띈다. 질량이 큰 별일수록 수명은 짧아진다.]4. 후주계열 단계후주계열 단계란, 별 내부의 핵융합 반응이 끝난 시점을 시작으로 별의 마지막 진화단계를 말한다. 평범한 별(태양과 비슷한 질량을 가진 별)은 중심부에서의 수소 연소가 끝나고 더 이상 에너지를 낼 수 없어 핵은 수축해져 간다. 수축하는 핵에 의해 에너지가 발생하고 이 에너지는 핵의 바깥부분 수소층을 가열시켜 핵융합 반응을 일으킨다. 따라서 별의 외부층은 팽창하고 광도가 증가하는데, 이러한 별의 마지막 단계는 별의 초기질량에 따라서도 다양하게 나타난다.태양과 비슷한 질량의 별들은 헬륨의 핵이 반응을 시작하고, 탄소로 이루어진 핵이 남겨질 때까지 진화를 하게 된다. 그리고 태양보다 훨씬 큰 질량을 갖는 별들은 초신성 폭발을 하며 중성자별을 남기거나 블랙홀이 되기도 한다.(그림2. 참고)[그림2. 태양이 주계열 단계를 벗어나 적색거성이 되면 크게 부풀어 오르게 된다. 주계열 단계와 적색거성 단계의 크기를 비교한 그림.]이처럼, 별의 탄생은 우주공간에 존재하는 ‘성간 물질’과 관련이 깊다. 이 성간 물질은 우주공간에 존재하는 기체와 먼지들을 뜻하며, 별은 은하에 있는 가스와 먼지 구름으로 만들어진다. 중력의 영향을 받아 이 성간물질은 응축되고 압축되어 별이 탄생한다고 알려져 있다. 그러나 성간 물질이 있는 모든 곳에서 별이 탄생하는 것은 아니다. 별은 성간 물질의 밀도가 높고, 온도가 상대적으로 낮은 곳에서 태어난다고도 알려져 있다.별의 진화에 가장 큰 영향을 미치는 것은 태어날 때에 별의 질량이다. 질량에 따라 별의 일생은 크게 달라지고, 마지막 모습 또한 다르다. 질량이 무거운 별들은 상대적으로 주계열에 오래 머무르지 않고 금방 진화한다. 그리고 상대적으로 가벼운 별일수록 약하게 에너지를 오래 내기 때문에 일생이 길다.별을 이루는 주요 구성 요소인 수소가 소모되면서 헬륨이 만들어진다. 헬륨을 만다는 과정에서 방출된 에너지는 별의 온도를 높이고, 그 결과, 별은 안정화되어 수백만 년에서 수억 년 동안 존재하게 된다. 별 내부에서 수소를 모두 소모해 더 이상 공급이 이루어지지 않으면 다른 형태의 핵반응이 시작되고, 새로운 핵반응은 질량이 더욱 큰 별들에서 일어나는데 그 결과 헬륨보다 더 무거운 물질들이 만들어진다.
