1. 개요
星間物質 / InterStellar Medium, ISM말 그대로, 별과 별 사이(일반적인 우주 공간)에 있는 물질들의 총칭. 영어로는 줄여서 주로 ISM이라고도 한다. 이게 일정 이상 밀도로 모여 있어 관측이 되면 성운이라 불린다.
일반인의 인식에는 성간 물질이라고 하면 뭔가 신비로운 느낌의 단어로 들리는 것 같다. 실제로 사진 찍어놓은 것을 보면 예쁘긴 하다.
천문학자에게는 굉장히 골치아픈 물질이다. 전공 분야가 성간 물질이 아니라면. 실제로 이 성간 물질들이 천문학 연구에 굉장히 도움을 주면서도 짜증나는 존재이다. 전파를 제외한 전자기파를 이용하는 거의 모든[1] 천문학 영역에서 성간 물질을 잘 다뤄야 한다.
2. 종류
성분이나 온도, 운동 상태에 따라서 종류를 나눈다.크기에 따라서는 티끌(Dust), 가스로 나눈다.
2.1. 성간티끌
티끌이라는 이름에 걸맞게 분자로 구성되어 있으며, 그 크기도 장난이 아닌데, 실제로 가시광 영역의 관측을 자주 방해한다. 가시광선에서는 밀도가 조금만 높아져도 거의 100%에 이르는 소광효과를 보여주기 때문에 이것이 존재하는 지역은 관측 자체가 불가능할 정도다. 주로 얼음이나 규산염, 흑연, 탄화수소 덩어리 등으로 이루어져있다. 간단히 말하면 얼음 + 모래다.2.1.1. 암흑성운
성간티끌이 매우 높은 밀도로 뭉쳐있으면 발생하는 일종의 우주 구름이다. 보통 은하의 나선팔 부분에 많이 존재하며, 우리 은하의 경우엔 그 양도 굉장히 풍부한 편이다. 그야말로 암흑성운이다보니 이게 있다면 그 방향으로 가시광 관측은 불가능하다. 적외선으로 보면 다르게 보인다.다만 이 암흑성운은 굉장히 디테일이 살아있는 편이라 눈요기에 굉장히 좋다. 대표적인 암흑성운은 오리온 자리의 말머리성운, 수리 성운의 창조의 기둥.
| 말머리성운 | 창조의 기둥 |
2.1.2. 반사성운
암흑성운과는 달리 빛을 모조리 흡수하지 않고 산란을 시키는 성운이다. 흔히 푸른색으로 빛이 나는 성운인 경우가 많은데, 광원 역할을 하는 별의 색깔에 따라 붉은색을 띠는 경우도 있다. 대표적으로 안타레스를 감싸고 있는 성운은 반사 성운임에도 붉은색이다.가장 유명한 반사성운으로는 플레이아데스 성단을 감싸고 있는 NGC 1435.[2]
2.2. 성간가스
가스다보니 밀도 면에서는 상대적으로 적지만 총량으로 치면 성간먼지보다 훨씬 많다[3]. 별이 아닌 우주의 대부분의 물질은 성간 가스이기 때문이다.주로 거의 70%를 차지하는 대부분이 수소 원자, 수소 이온, 수소 분자로 이루어져있고[4], 나머지 30%의 대부분을 헬륨이 차지한다. 이보다 무거운 원소의 비율은 매우 낮다.[5]
그나마 우주에 풍부하다고 하는 탄소조차도 1%조차 안 되니 수소가 얼마나 많은지 새삼 느낄 수 있다.
온도가 낮은 성간가스의 경우는 관측하는 방법이 거의 수소에 의존하게 된다. 가장 대중적인 방법으로는 H-α 선[6]을 관측하는 방법과 21cm 파[7]를 관측하는 방법. 온도가 높은 성간가스의 경우는 다양한 중금속 원소들의 이온화 파장을 볼 수 있기 때문에 그것들을 이용해서 다양한 운동학적인 관측까지 수행할 수 있다.
2.2.1. H Ⅱ 영역
H Ⅱ region
수소가 전자를 잃은 이온 상태. 즉, 양성자들이 있는 영역이다. 특히 어린 OB형 별 주변에 분포하는데, 높은 표면 온도의 별에서 나온 자외선 광자 때문에 이온화가 되어 전자가 날아가버린 상태로 수소가 존재하는 영역이다. 발광성운이기도 하다.
붉은색의 빛(H 알파)을 내뿜기 때문에 구분하기도 쉽다.
가장 대표적인 발광성운인 오리온 대성운이다. 육안으로도 보일 정도로 밝고 거대한 것이 특징으로 겨울철 좋은 날에 오리온 자리 칼집 끝에서 새빨갛게 빛난다. 도심에서는 희미하게 보여서 회색 혹은 노란색으로 빛나는데 봤을 때 저게 맞는지 굉장히 모호하다는 것이 또 하나의 재미.
2.3. 성간분자
티끌이랑 비슷해 보여도 조금 다른데, 성간티끌이 가시광에서 발견되는 반면 이쪽은 주로 자외선, 가시광은 물론 전파 영역에서 발견 된다.종류로는 CH (메틸리딘) CN (시아나/시아노겐) 일산화탄소 등의 분자들이다.
OH라거나 CS 등의 간단한 분자는 물론이고 암모니아, 시안산(시안화 수소), 포름산, 알코올 등의 꽤나 무거운 분자들도 제법 많이 발견 된다.
이 제법이라는 말이 꽤 애매하긴 한데, 대충 어느 정도냐면 에탄올이 발견 되는 성운의 에탄올을 모조리 가져다가 지구를 덮어버릴 정도의 술을 만들 수도 있다... 물론 우주의 크기에 비하면 한 없이 적은 양이긴 하다. 어디까지나 우주의 크기에 비해서는...
2.4. 행성상성운
항성의 흔적인 행성상성운 역시 성간 물질에 포함 된다.2.5. 초신성 잔해
Supernova Remnants초신성이 터지고 남은 잔해로 굉장히 큰 질량의 별이 터진 흔적이기 때문에 그 양도 엄청나고 밀도가 높다. 성분은 중금속 함량이 높은 뜨거운 성간 기체와 약간의 티끌로 구성되어 있다. 이 물질의 속도는 굉장히 빠르기 때문에 지나가는 방향에 있는 물질들을 모조리 때리면서 지나가는데, 그 과정에서 충격파를 형성하게 되고, 충격파로 밀도가 높아진 기체가 다른 물리적 과정으로 온도가 쉽게 낮아진다면 별 생성을 촉발할 수 있다. 그렇지만 주위에 이미 밀도가 높은 성간 구름이 있었던 경우에는 그것을 파괴해서 별 생성을 방해할 수 있다.
초신성 잔해 중에선 가장 유명한 게 성운인데, 그 전파 속도가 워낙 빠르다보니 현재는 꽤 많이 변해있다.
2.6. 그 외
코로나와 태양에서 방출되는 입자들 역시 성간 물질이다. 이와 같이 빠른 속도를 가지는 별에서 나오는 입자를 항성풍 (Stellar Wind) 라고 한다. 항성풍과 우주선 (Cosmic Ray) 이 어떻게 성간 물질과 상호작용하는지는 흥미로운 연구 주제이다.3. 관련 문서
[1] 태양계 천문학 제외[2] 메로페 성운. 플레이아데스 성단에서 4번째로 밝은 별인 메로페를 감싸고 있는 성운이다.[3] 성간티끌 총 질량의 100배 수준[4] 괜히 관련 항목에 수소를 넣은 것이 아니다.[5] 그렇기 때문에 천체물리학에서는 3번 리튬 이후를 몽땅 중금속(메탈)이라고 부른다. 이게 결국 별을 이루는 물질이기 때문에.[6] 수소선 중에 발머 선이다.[7] 전자의 스핀이 반대로 바뀔 때 발생하는 파