초신성(Supernova)

초신성

◆ 초신성

초신성(supernova)은 신성(nova)보다 에너지가 큰 별의 마지막 단계의 강력하고 빛나는 폭발을 의미합니다. 초신성은 그 광도가 극도로 높으며, 폭발적인 방사선을 일으키기에, 어두워질 때까지 수 주 또는 수개월에 걸쳐 한 개 은하 전체에 필적하는 밝기로 빛납니다.

이 짧은 기간 동안 초신성은 태양이 평생에 걸쳐 발산할 것으로 추측되는 에너지만큼의 방사선을 방출하며 그 항성은 구성 물질의 대부분 또는 전체를 토해냅니다. 이때 그 속도는 30,000km/s(광속의 10%)까지 가속되며, 주위 성간 매질에 충격파를 일으키는데 충격파가 휩쓸고 간 자리에는 팽창하는 가스와 먼지의 껍질이 남게 되고, 이것을 초신성 잔해라고 부릅니다.

초신성은 우주 생태계에서 중요한 역할을 하며, 무거운 원소를 합성하고 우주로 분산시켜 새로운 별, 행성, 그리고 심지어 생명체 그 자체의 형성을 가능하게 합니다.

 

◆ 초신성의 종류

II형 초신성

• 촉발 : II형 초신성은 일반적으로 태양보다 8배 이상 큰 질량의 별이 핵연료를 소진하여 중심핵이 붕괴될 때 발생합니다.
• 코어 축소 : 중심핵 붕괴는 중력으로 인하여 별의 중심핵이 수축하여 점점 더 뜨거워지고 밀도가 높아지는 II형 초신성의 시작을 나타냅니다.
• 폭발 : 중심핵 붕괴는 강력한 내폭을 유발하고 뒤이어 폭발적인 에너지 방출을 일으켜 별의 바깥층을 거대한 폭발로 바깥쪽으로 밀어냅니다.

 

Ia형 초신성

• 촉발 : Ia형 초신성은 백색왜성(핵연료가 고갈된 별의 밀도가 높은 잔해)과 동반성을 포함하는 쌍성계에서 발생합니다.
• 질량 축적 : 시간이 지남에 따라 백색 왜성은 동반자로부터 물질을 축적하여 폭주하는 핵반응에 필요한 임계 질량인 찬드라세카르 한계를 초과합니다.
• 폭발적 연쇄 반응 : 찬드라세카르 한계를 초과하면 백색왜성 내에서 통제되지 않은 핵반응이 일어나 거대한 폭발이 일어납니다.

 

◆ 초신성의 영향

빅뱅이 일어났을 때는 수소와 헬륨, 리튬만 생성되었을 뿐, 다른 모든 무거운 원소들은 항성과 초신성 속에서 합성된 것입니다. 초신성은 주위 성간 매질에 수소와 헬륨에 비해 금속성 원소의 함량을 높이는 경향이 있습니다.

초신성에서 성간 매질로 주입된 원소들은 궁극적으로 항성 형성의 현장인 분자 구름을 풍부하게 만드는데 항성들은 각각 세대에 따라 조성이 조금씩 달라지며 거의 순수한 수소와 헬륨의 혼합체에서 점점 금속이 늘어나는 원인이 됩니다.

항성을 형성하는 물질 속의 원소 존재비의 차이는 항성의 일생에 중요한 영향을 미치며, 주위를 공전하는 행성이 존재할 가능성에 역시 결정적인 영향을 미칩니다.

또한 팽창하는 초신성 잔해의 운동 에너지가 근처 우주 공간의 짙은 분자 구름을 압축시켜 항성의 형성에 방아쇠를 당기는 역할을 할 수도 있습니다. 하지만 분자 구름이 초신성 잔해의 과도한 에너지를 상쇄시키지 못할 경우에는 오히려 난류 압력의 증가가 항성의 형성을 방해할 수도 있습니다.