별은 어떻게 생성되었는가?

중력은 빅히스토리 이야기에서 중요한 역할을 담당하면서 은하, 은하단, 초은하단과 같은 거대한 우주의 보다 거대하고, 한층 복잡한 구조를 형성하는 데 결정적인 작용을 한다. 그 다음으로 빅뱅이론에 중요한 증거를 제공한 우주배경복사는 별의 생성을 낳는 조건과 관련된 증거를 제공하기 때문에 역시 중요하다. 빅뱅 이후의 약 2억년 동안 우주가 팽창하면서 우주의 온도는 더욱 내려갔고, 더욱 어두어졌고, 별이 없는 상태였다. 천문학자들은 우주역사 가운데 이 시기를 암흑시기라고 부른다. 암흑시기에 우주 공간에 많은 원자가 있었다.  하나의 양성자를 가진 수소가 75%를 차지했고,  나머지 25%의 대부분은 2개의 양성자를 가진 헬륨이 차지했다.  그리고 3개의 양성자를 가진 리튬과 4개의 양성자를 가진 베릴륨이 극소량이었으며, 붕소도 있었다.  천문학자들이 말하는 암흑물질도 있었는데, 그것이 무엇인지는 모른다.  (암흑물질: 우주의 23%를 차지하는 구성물질로 전자기파로 관측되지 않고, 오로지 중력을 통해서만 존재를 인지할 수 있는 물질. )

 

우리는 빅뱅 이후 38만년경 방출된 우주배경복사에 대한 연구로 물질은 전 우주에 걸쳐 극도로 고르게 분포한다. 우주 어느 곳을 바라보든 상관없이 일정한 온도, 동일한 밀도, 동일한 유형의 원소를 볼 수 있다. 어떻게 이와 같은 우주로부터 우리와 같은 존재가 만들어졌을까? 적절한 골디락스 조건이 만들어지면, 더욱 복잡한 존재가 나타난다.  골디락스 조건은 생존하기 적합한 영역이라는 의미이다.  영국동화 ‘골디락스와 곰세마리’에서 나오는 너무 뜨겁지도 않고, 너무 차갑지도 않고, 너무 크지도 않고, 너무 작지도 않으며, 너무 가깝지도 않고, 너무 떨어져 있지도 않는 조건을 말한다. 초기 우주에서 좀 더 복잡한 것을 만들어 내기 위한 완벽한 골디락스 조건이 무엇이었을까? 결정적인 것은 물질이 많이 있어야 하고 중력이 작용해야 하며, 아주 작은 차이로 물질의 분포가 균질적이지 않아야 한다.

 

특수위성을 사용한 최근의 우주배경복사 연구는 우주배경복사의 온도에 아주 차이가 있다는 사실을 밝혀 냈다. 어떤 부분은 다른 부분 보다 수천분의 1도만큼 더 뜨거웠다. 이런 상황에 중력이 작용하기에 충분했다. 중력은 아주 작은 차이를 확대시켰고 마침내 새로운 것, 별들을 만들어내었다. 중력은 물질이 많을 수록 물질이 가까워질수록 더욱 강력해진다. 이 힘이 어떻게 작용했을까? 어떤 부분이 다른 부분보다 아주 조금더 뜨거웠거나, 아주 조금 밀도가 높았다는 사실을 기억해야 한다. 아주 조금 더 뜨겁고, 아주 조금 밀도가 높은 부분에서의 중력이 약간 더 강력했다. 그래서 중력은 이 부분을 응집시켰다. 이 부분이 응집됨에 따라 더욱 밀도가 높아졌고, 중력의 힘이 증가 되었으며, 이 부분으로 더욱 더 응집하게 되었다. 이런 현상들이 빠르게 진행되었다. 원자로 구성된 구름의 각 중심에서 원자가 매우 격렬하게 서로 부딪히게 시작했고,  특히 원자들이 가장 많이 모여 있는 곳인중심에서 원자들이 열을 내기 시작했다.

 

마침내 온도는 약 3000도에 도달했다. 이 온도는 양성자가 전자를 붙잡을 수 없기 때문에 원자들이 더 이상 결합상태로 있을 수 없는 온도이다. 그래서 우주배경복사가 발생하기 이전에 존재했던 일종의 플라스마가 다시 나타났다. 구름 속의 온도가 1000만도에 도달했다. 양성자들이 서로 격렬하기부딪히기 시작하여 양전하끼리 반발하는 척력을 압도하고 서로 융합되었으며, 강력에 의해 결합 되었다. 어떤 물질은 순수한 에너지로 전환되고 대규모 에너지 방출이 일어났으며, 이것은 원자폭탄의 폭발과 매우 비슷하다. 그 결과 구름 중심에 용광로가 생겼다. 용광로는 반발하는 힘으로 중력의 힘을 밀어냈고, 이것이 구름 전체를 안정화시켰다. 이제 별이 빛나게 되었다. 별은 수백만년 혹은 수십억년동안 빛을 발하게 되었다. 빅뱅 이후 2억년경부터 우주는 별들, 수십억의 수십억의 수십억 개의 별들로 가득하게 되었다. 우리 우주는 빛과 열을 방사하는 일종의 강렬한 배터리로 가득해졌고 더욱 더 흥미로운 곳이 되었다.

 

별들은 또 다른 방식으로 우주의 복잡성을 증가시킨다. 즉 별의 수준에서 은하의 수준, 그리고 초은하단의 수준으로 별들은 여러 다른 규모로 새로운 형태의 구조를 우주에 제공했다.  별의 중심에는 극도로 높은 온도의 양성자가 있으며, 이들은 융합하여 헬륨핵을 형성한다.  중심의 바로 옆 주위에는 즉 핵주위에는 중심으로 들어오면, 결국 융합될 양성자로 가득 차있다. 이제 에너지의 광자와 중심으로부터 나온 빛이 플라스마를 통해 천천히 표면에 도달하여 결국 우주공간으로 번쩍하며 날아간다. 별들 그 자체는 중력에 의해 더 큰 구조 안에 모여 있다. 우리는 이것을 은하라고 부른다.  은하수는 우리의 은하이다.  여기에는 아마도 1000억개, 어떤 사람들의 주장에 의하면 2000억개의 별들이 있다. 그리고 전 우주에는 1000억개의 은하가 있다. 중력은 은하를 결집시켜 은하단이라고 부르는 것을 만든다. 우리의 국부 은하군은 그와 같은 은하단이며, 우리가 맨 눈으로 볼 수 있는 안드로메다 은하와 마젤란 은하를 포함하여 약 30개의 은하를 거느리고 있다.

 

중력은 심지어 은하단을 결집시켜 초은하단이라고 부르는 것을 형성한다. 초은하단은 엄청난 거미줄과 사슬 형태로 전 우주에 펼쳐져 있다.  그러나 그것을 넘어서면 중력은 미약해지기 때문에 초은하단을 결집시키지 못한다. 초은하단 규모의 수준을 넘어서면 여러분도 허블이 발견했던 것을 관찰하게 된다. 초은하단의 수준을 넘어서면, 초은하단은 서로 떨어져 움직인다. 바로 그 규모의 수준에서 우주는 팽창한다.  별은 차가운 우주를 밝혀주는 빛이다.  그리고 이제 앞으로는 더 복잡한 복잡성을 만들기 위한 골디락스 조건은 우주 전체에서 걸쳐 이루어지는 것이 아니라 은하, 무엇보다도 차가운 모닥불이라고 할 수 있는 별 주위에서 조성된다.