§1성운, 별의 요람

별은 텅 빈 곳에서 갑자기 나타나지 않습니다. 수소를 중심으로 한 거대한 차가운 기체·먼지 구름, 곧 성운 속에서 잉태됩니다. 구름의 어느 지점이 조금 더 조밀해지면 그곳의 중력이 주변 기체를 끌어당기고, 뭉칠수록 중력이 세져 수축이 가속됩니다. 수축하는 기체는 압축되며 뜨거워지고, 중심에 원시성(protostar)이라는 뜨거운 씨앗이 자라납니다. 아직 진짜 별은 아닙니다 — 중심 온도가 약 1,000만 도에 이르러 수소 핵융합에 불이 붙는 순간, 비로소 별이 "켜집니다".

§2주계열 — 별의 길고 안정된 청춘

핵융합이 시작되면 별은 인생의 대부분을 보내는 주계열(main sequence) 단계에 들어섭니다. 중심에서 수소 4개가 헬륨 1개로 융합하며 막대한 에너지를 뿜어내는데, 이 바깥으로 미는 복사압이 안으로 무너뜨리려는 중력과 정확히 균형을 이룹니다. 이 팽팽한 힘겨루기가 정유체 평형(hydrostatic equilibrium)이며, 덕분에 별은 수십억 년 동안 크기를 거의 유지한 채 안정적으로 빛납니다. 우리 태양은 지금 이 단계 한복판에 있고, 앞으로 약 50억 년을 더 이렇게 타오릅니다.

흥미롭게도 무거운 별일수록 수명이 짧습니다. 연료(수소)가 많은 만큼 더 오래 탈 것 같지만, 무거운 별은 중심이 훨씬 뜨거워 연료를 훨씬 더 사납게 태웁니다. 태양의 10배 무거운 별은 태양보다 수천 배 밝게 빛나며 고작 수천만 년 만에 연료를 소진합니다 — 짧고 굵은 삶입니다.

§3질량이 갈라놓는 두 갈래 죽음, 그리고 원소의 기원

중심의 수소가 바닥나면 평형이 깨지고, 별은 죽음의 길로 들어섭니다. 이때 운명은 질량이 결정합니다. 태양 정도의 가벼운 별은 바깥층이 부풀어 적색거성이 되었다가, 껍질을 우아하게 날려 보내 행성상성운을 만들고, 중심에는 지구만 한 백색왜성이 남아 수십억 년에 걸쳐 서서히 식어갑니다. (태양은 초신성이 되지 않습니다.) 반면 태양의 8배 이상 무거운 별은 적색초거성으로 부풀어 중심에서 헬륨→탄소→산소→…→철까지 차례로 융합하다가, 더는 에너지를 낼 수 없는 철 코어가 붕괴하며 초신성으로 폭발합니다. 그 잔해로는 중성자별 또는 블랙홀(← 2-3장)이 남습니다.

별의 핵융합은 우주의 연금술입니다. 빅뱅은 수소와 헬륨만 만들었지만, 별은 그것을 태워 탄소·산소·질소·철 같은 무거운 원소를 빚어냈고, 초신성 폭발이 이 원소들을 우주 공간에 흩뿌렸습니다. 우리 몸의 탄소, 뼈의 칼슘, 피의 철은 모두 오래전 죽은 별의 잔해입니다 — "우리는 별의 재로 만들어졌다."