성운

용골자리 성운의 일부

성운(星雲, Nebula)은 구름 모양으로 퍼져 보이는 천체를 말한다. 기체와 작은 고체 입자로 구성되어 있다. 성무(星霧) 또는 별구름이라고도 한다.

개요

성운이란 성간물질과 수소로 이루어진 구름이다. 서양의 명칭 네뷸라(영국 영어: Nebulae, 미국 영어: Nebula(e), 독일어: Nebelfleck, 프랑스어: Nébuleuse, 에스페란토: Nebulozo)는 구름을 의미하는 라틴어(nebula)에서 유래되었다. 간단히 말해 성운은 우주 공간에 분포한 성간물질이, 어떠한 요인으로 '비교적' 좁은 지역에 밀집해 있는 것을 말한다. 성무(星霧), 별구름이라고도 한다. 많은 성운들은 성간물질이라 불리는 가스의 중력 수축으로부터 형성된다. 물질수축은 성간물질의 무게에 따라서 무거운 별들은 아마도 중심에 형성될 것이다. 그리고 가스의 자외선 복사는 주변의 가스를 이온화 시켜서 플라즈마를 형성하고 광학파장의 가시광선으로 만들어 준다. 이러한 성운의 예는 장미 성운 또는 펠리칸 성운이다. 이러한 H II 영역으로 알려진 성운의 크기는 초기 가스의 구름의 크기에 의존하여 다양하게 변하고, 형성되는 별의 개수도 굉장히 다양해질 수 있다. 별 탄생 지경에 젊고 느슨한 성운들로 알려진 별들이 생성된다.

과거에는 망원경의 성능이 떨어져 성운과 먼 은하를 구분 지을 수가 없어서 별과 달리 뿌옇게 보이는 천체들을 모조리 성운으로 분류했었지만, 고성능 망원경이 발명되고 외부 은하가 존재한다는 것을 깨달은 후에는 이 둘을 완전히 다른 천체로 구분하게 되었다. 주로 수소, 헬륨, 먼지 등으로 이루어져 있고, 본래대로라면 이 물질들만으로는 스스로 빛을 낼 수가 없으나, 여러 가지 요인에 의하여 빛을 내게 된 덕분에 지구에서 관측할 수 있다. 성운은 우리가 보기에는 하늘의 구름처럼 짙고 두터운 구름으로 보이나, 실제로는 지구 대기의 몇 백만에서 몇 만 분의 1 수준의 희박한 밀도를 지니고 있다. 또한 대부분의 성운은 매우 거대하다. 지름은 적어도 1~2광년을 상회하며, 거대한 것은 1500광년에 달하는 크기를 가진 것도 있다. 사실 성간물질들은 분자 구름의 형태로 성운과는 비교도 안 될 만큼 많은 양이 우주 공간에 분포해 있다. 성운은 이러한 분자 구름이 밀집되어 모종의 이유로 인해 우리 눈에 보이게 되는 것을 말한다. 그리고 이런 성운이 새로운 별을 생성하는 재료가 된다고 알려져 있다.

몇몇의 성운들은 무겁고 짧은 일생을 사는 별들의 죽음에 의해서 생기는 초신성 폭발의 결과로 형성된다. 이 물질들은 초신성 폭발로부터 초신성 잔해로 되어서 이온화된 물질들이 떨어져 나간다. 이러한 성운의 가장 좋은 예는 황소자리의 게성운이다. 이것은 SN 1054로 1054년에 발견되었고, 이 성운 중심에는 폭발하는 동안에 만들어진 중성자별이 존재하고 있다. 또 다른 성운들은 행성상 성운을 형성할 것이다. 행성상 성운은 지구의 태양과 같은 낮은 질량의 별들의 일생의 최종단계이다. 이러한 별들은 질량이 태양의 8~10배 정도 이상의 적색 거성으로 진화하고, 대기가 맥동하는 동안에 천천히 바깥층을 잃어버리게 된다. 충분한 양의 물질을 별에서 잃어버렸을 때 온도가 올라가고 성운 주변을 이온화 시키기에 충분한 자외선을 방출한다. 이것의 97%는 수소이고 3%는 헬륨이다. 이것의 주된 목적은 내부의 평행을 이루기 위한 것이다.

특징

성운은 가스와 먼지 등으로 이루어진 대규모의 성간물질을 말한다. 윤곽이 뚜렷하지 않은 구름 모양의 대규모 성간물질로 우주의 가스, 먼지 등으로 이루어져 있다. 발광방법에 따라 발광성운·반사성운·암흑성운으로, 모양에 따라 행성상성운·초신성 잔해·산광성운으로 구분된다. 별들이 무리를 지어있는 '성단'과는 다른 것으로, '성운'은 우주의 가스와 먼지 등으로 이루어져 있다. 은하계내 성운과 은하계 바깥의 성운이 있으며, 아주 넓은 공간에 흩어져 있어서 성운에 따라서는 별 수백 개의 질량에 해당되는 큰 질량을 가지고 있는 것도 있다. 그러나 성운이 퍼져 있는 공간이 매우 넓기 때문에 성운의 밀도는 매우 낮아 공간은 거의 텅 빈 것처럼 보인다. 성운은 발광방법에 따라 발광성운(방출성운), 반사성운, 암흑성운으로 구분된다. 성운은 또 그 모양에 따라 행성상성운, 초신성잔해, 산광성운으로 구분된다.

발광방법에 의한 분류

• 발광성운(휘선성운, 방출성운, emission nebula) : 가스가 고온의 별로부터 자외선을 받아 이온화하여 빛을 내는 성운이다. 주로 가스로 된 성간물질 가까이에 고온의 별이 가까이 있는 경우, 고온의 별에서 복사되는 자외선에 의하여 수소 가스가 들뜨게 되어 밝은 빛을 내게 된다.
• 반사성운(reflection nebula) : 성운 스스로는 빛을 내지 않으나 주위의 고온의 별로부터 받은 빛을 반사하여 마치 스스로 빛을 내는 것처럼 보이는 가스와 먼지로 이루어진 성운이다.
• 암흑성운(dark nebula) : 성운 스스로는 빛을 내지 않으나 성운 뒷편에 있는 별이나 발광 가스를 차단하여 검은 덩어리 또는 띠로서 관측되는 성운이다. 방괄성운이나 반사성운과 같은 밝은 성운 또는 밝은 별 앞에 주로 먼지와 티끌로 된 고밀도의 성간 물질이 있어, 그 배후에서 오는 빛을 차단하여 검은 색의 실루엣처럼 보인다.

모양에 의한 분류

• 행성상성운(planetary nebula) : 원판 모양·가락지 모양 등 비교적 뚜렷한 형상을 가진 것이 많고, 작은 망원경으로는 마치 행성처럼 보인다. 대개 중심부에 백색왜성 같은 고온의 별이 있는데, 이러한 별을 중심별이라고 한다. 항성진화의 마지막 단계에서 별의 바깥층이 분리되어 가스체가 되는 것으로 추측된다.
• 초신성의 잔해 : 초신성의 발생 뒤 그 잔해로 이루어진 가스성운으로, 중심으로부터 바깥쪽으로 퍼지는 모습을 보인다.
• 산광성운(散光星雲) : 행성상성운과 달리 처음부터 성간가스와 먼지 등이 모여 이루어진 성운. 모양이 불규칙하며, 지름이 수십 광년에 이른다. 일반적으로 성운이라면 이러한 산광성운을 이르는 경우가 많다.

성운의 종류

• 확산 성운 : 대부분의 성운은 확산성운이라 알려져 있는, 팽창하고 있으며 경계가 뚜렷하지 않은 성운이다. 확산성운은 발광성운, 반사성운, 암흑성운으로 구분된다. 이 분류는 어떻게 빛을 볼 수 있느냐에 의존하여 만들어졌다. 방출성운은 이온화된 가스(대부분이 이온화된 수소)를 포함한다. 그것이 방출스펙트럼을 만들어 낸다. 이러한 방출 성운은 종종 HⅡ지역이라고 불린다. HⅡ라는 용어는 이온화된 수소에 관련하여 전문적인 천문학에서 사용된다. 방출 성운과 대조되는 반사성운은 그것들 스스로에 의해서 가시광선이 생성되지 않는다는 것을 의미한다. 그러나 이러한 성운들은 스스로 빛을 내지 않는 대신에 근처 별들로부터 빛을 반사한다. 암흑운은 확산성운과 비슷하나 그것들은 성운 자체의 방출 또는 반사 빛이 보이지 않는다. 대신에 훨씬 먼곳의 별들의 앞에 또는 방출성운의 앞에서 검은 구름으로 보인다. 또한 그들 성운은 광학파장에서 다른 모습을 보인다. 성운들은 자외선 파장의 방출에 밝은 광원으로 보인다. 이것의 방출은 성운안의 먼지로부터 오는 것이다.
• 원시 행성상 성운: 원시 행성상 성운(protoplanet nebula PPN)은 별이 빠르게 항성 진화를 하는 동안에 만기 점근 거성 부류 상태와 행성상 성운 상태 다음에 오는 사건 사이의 짧은 생애 상태의 천문학적인 물체이다.

원시 행성상 성운은 강한 자외선을 방출하는 반사 성운의 한 종류이다. 정확히 원시 행성상 성운이 행성상 성운으로 될 때의 단계는 중심별이 온도에 의해서 결정된다.

• 행성상 성운 : 행성상 성운은 백색왜성으로 진화할 때 작은 질량의 별들이 점근거성 부류의 별로부터 가스로 이루어진 껍질을 방출하여 형성된 성운이다. 이들 성운은 방출성운으로 별 탄생 지역 안에서 찾은 방출 성운과 비슷한 스펙트럼 방출을 한다. 전문적으로, 그들은 HⅡ지역의 한 유형이다. 왜냐하면 대부분의 수소가 이온화되어 있기 때문이다. 그러나, 행성상 성운은 별 탄생 지역안의 방출 성운보다 밀집되어 있고 좀 더 빽빽하다. 행성상 성운이라 불리는 이유는 처음으로 관측한 천문학자가 이 물체를 보고 행성의 원반과 비슷하게 생긴 성운 물체라고 생각했기 때문이다. 그러나 실제로 이들은 행성과 연관이 없다.
• 초신성 잔해 : 초신성은 질량이 큰 별이 그들의 생애의 마지막에 도달했을 때 일어난다. 그때 별의 핵에서는 핵융합이 멈추고, 별들은 별들 안쪽으로 수축한다. 또한 가스는 내부러 떨어지면서 되돌아 오거나 핵으로부터 바깥으로 팽창하면서 굉장히 뜨거워 진다. 이로 인해 별의 폭발이 야기된다. 특별한 확산 성운의 유형인 초신성 잔해는 가스 표면의 팽창으로부터 형성된다. 비록 많은 광학적 빛과 X선이 이온화된 가스로부터 기원하여 초신성 잔해로부터 나온다. 그러나 상당한 양이 전파 방출이 싱크로트론 방출이라 불리는 비열적 방출로 인해서 나온다. 이러한 방출은 자기장 안에 높은 속도를 가진 전자의 진동으로부터 기원한다.

유명한 성운 이름

• 개미 성운(Ant Nebula) : 직각자자리에 있는 행성상 성운이다.
• 부메랑 성운(Boomerang Nebula) : 지구에서 센타우루스자리 방향으로 5,000 광년 떨어진 곳에 위치한 원시행성상성운이다.
• 고양이 눈 성운(Cat's Eye Nebula, NGC 6543) : 용자리에 있는 행성상 성운이다.
• 게성운(M1, NGC 1952) : 황소자리 방향에 있는 초신성 잔해이자 펄사풍 성운이다.
• 독수리 성운(Eagle Nebula, M16 또는 NGC 6611) : 뱀자리에 있는 전리수소영역이자 산개성단이다.
• 용골자리 성운(Carina Nebula) : 용골자리 에타 성운(Eta Carinae Nebula), NGC 3372는 용골자리 방향으로 지구로부터 약 8,500 광년 (2,600 pc) 거리에 밝고 어두운 성운들이 대규모로 복잡하게 형성되어 있는 영역이다. 용골자리 성운은 우리은하의 용골자리-궁수자리 팔에 위치해 있다.
• 모래시계 성운(Hourglass Nebula) : 파리자리에 있는 행성상 성운이다. 모래시계를 닮아서 이름이 붙어졌다. 이 천체의 명칭은 보통 MyCn18로 불린다
• 오리온 성운(M42, NGC 1976) : 오리온자리의 오리온 띠 부근에 있는 우리은하의 대표적인 확산성운이다.
• 펠리칸 성운(Pelican Nebula, IC 5070, IC 5067) : 북아메리카 성운옆에 위치한 작은 성운이다.
• 고리 성운(Ring Nebula) : 고리 성운 또는 메시에 57(Messier 57), NGC 6720은 북반구의 별자리인 거문고자리에 있는 행성상성운이다.
• 장미 성운(薔薇星雲) : 외뿔소자리에 있는 H II 영역이다. 마치 장미처럼 붉게 보이는 모습이 특징적이다.
• 독거미 성운 : 타란툴라 성운(Tarantula Nebula) 또는 황새치자리 30(30 Doradus), NGC 2070은 대마젤란 은하(LMC)에 있는 전리수소영역이다.
• 말머리 성운(Horsehead nebula, IC 434) : 오리온자리의 암흑 성운이다.

참고자료

• 〈성운〉, 《네이버 국어사전》
• 〈성운〉, 《위키백과》
• 〈성운〉, 《나무위키》
• 〈성운〉, 《시사상식사전》
• 〈성운〉, 《두산백과》

같이 보기

• 별
• 천체
• 구름
• 수소
• 지역
• 우주
• 은하
• 가스
• 자외선
• 망원경
• 성간물질
• 황소자리

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