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| 용골자리 성운의 일부분 |
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1. 개요
星雲 / Nebula[1]간단히 말해 성운은 우주 공간에 분포한 성간 물질이, 어떠한 요인으로 '비교적' 좁은 지역에 밀집해 있는 것을 말한다.[2] 성무(星霧), 별구름이라고도 한다. 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.[3] 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.[4] 또한 대부분의 성운은 매우 거대하다. 지름은 적어도 1~2광년을 상회하며, 거대한 것은 1500광년에 달하는 크기를 가진 것도 있다.
사실 성간 물질들은 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.
성운은 항성계와 행성계의 발달에 중요한 역할을 하는데, 별이 일생 동안 핵융합한 무거운 원소들을 주변에 흩뿌리며, 가벼운 원소들은 다시 별의 재료로 활용되어 새로운 별이 탄생하게 된다. 현재 태양계도 이러한 성간 물질에서 비롯한 것으로 보이며, 사실상 여러분 자신과 주변을 이루는 수소를 제외한 모든 물질은 수십억년 전에 폭발했거나 백색왜성으로 쪼그라들어 사라진 어떠한 항성 내부에서 핵융합으로 생긴 물질로 이루어져 있는 것이다.
2. 가시성
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| 가시광선으로 관측한 백조자리 부근[5] | 적외선으로 관측한 백조자리 부근[6] |
오리온 성운이나 삼렬 성운, 용골자리 성운같이 일반인에게도 잘 알려져 있는 유명한 성운들은 전부 가시광선에서 관찰이 가능하기 때문에 우리은하 내부에 위치한 성운들은 대부분 가시광선으로 관측이 가능할 것으로 생각하거나 심지어는 이들 성운들이 우리은하에 위치한 성운의 전부라고 오해하는 경우가 많다.
하지만, 우리 은하의 원반 문단에서 서술된 것처럼 은하수 방면의 밤하늘에서는 수많은 성간물질, 성간가스등이 밀집되어 있기 때문에 성간물질 뒤에 위치한 항성, 성단, 성운, 외부은하들의 빛이 소광되는 성간 소광 현상이 발생한다.[7] 이러한 성간소광 현상으로 인해 태양계에서는 가시광선 파장으로 은하 원반 전체의 20-30%밖에 관찰할 수 없다.
여기서 성간 소광 현상을 회피하고 그 너머에 위치한 성운들을 관찰하기 위해서 사용된 방법이 바로 가시광선보다 파장이 긴 적외선, 전파 파장으로 천구를 관측하는 방법이다. 감마선부터 가시광선까지의 비교적 짧은 파장을 가진 빛들은 성간물질에 의해 상대적으로 많은 양의 빛이 소광되지만 빛의 파장이 점점 짧아질수록 소광 효과 역시 줄어든다. 즉, 비교적 긴 파장을 가진 적외선과 전파 파장에서 방출되는 빛은 성간물질에 의한 소광이 거의 발생하지 않는다. 이러한 빛의 특성을 이용함으로써 천체들을 관찰하는 천문학을 따로 적외선 천문학, 전파 천문학이라고 부른다.[8]
적외선 천문학이 본격적으로 발달하기 시작한 20세기 중반 이후부터 그동안 성간물질에 의해 가려져 발견되지 않았던 백조자리 X, RCW 74, W51, W40등의 나선팔 성운들부터 CMZ에 이르는 광대한 범위에서 수천개 이상의 성운들이 발견되었다. 2000년대에 Adiesova등의 러시아 천문학자들이 우리은하 내부의 별 형성 지역을 목록화한 논문에서 식별된 우리은하 내부의 별 형성지역은 약 3,200개에 달하며 별 형성지역 내부에 위치한 하위 성운들은 총 66,000개에 달한다.
3. 구분
성운을 분류하는 분류법에는 여러가지 의견들이 존재하나 대부분의 경우 중고등학교 교육과정에서 배우는 고전적 분류법으로 분류한다. 해당 분류법은 아래와 같이 크게 2개의 거시적 분류와 하위분류들로 분류된다.- 확산성운 : 확산 성운이라는 단어에서 알 수 있듯이 확장되어 있고 잘 정의된 경계가 존재하지 않는 성운들을 말한다. 대부분의 성운들이 해당 분류에 소속되어 있으며 흔히 무정형 성운으로도 불리운다.
- 발광성운(방출성운): 다양한 파장의 빛을 방출하는 이온화된 가스로 구성되어 있는 성운읕 통칭한다.
- 전리수소영역: 이온화된 성간 수소원자 집합체로 모든 성운중에서 가장 밝기가 높다. 태양을 비롯한 대부분의 별이 바로 해당 성운에서 형성될 것으로 추정되고 있다.
- 행성상성운: 적색거성이 생을 다해 죽고 방출된 이온화 물질들로 구성된 성운이기 때문에 발광성운의 일종으로 분류된다.
- 신성잔해: 신성이 갑작스럽게 많은 물질을 폭발적으로 방출하거나 지속적으로 중심항성을 이루는 가스가 방출되면서 형성된 성운으로 지속시간이 매우 짧기 때문에 상대적으로 덜 알려진 발광성운의 일종이다.
- 초신성 잔해: 초신성 폭발 이후 방출된 이온화 물질들로 구성되어 있어서 밝게 빛나는 성운들로 방출된 물질의 양이 매우 많기 때문에 행성상성운에 비해서 성운의 지속시간이 매우 길다.
- 초거품: 연쇄적으로 초신성 폭발이 발생한 경우 초신성잔해가 수백만년동안 팽창하여 형성된 거대한 천체로 일부 초거품들은 서로 충돌하거나 자체적으로 붕괴하여 새로운 별 형성을 촉진한다.
- 볼프-레이에 성운: 매우 불안정한 것으로 유명한 볼프-레이에별의 항성풍과 방출된 가스들로 인해 형성된 성운으로 중심별인 볼프-레이에별에 의해 이온화되어 자체적으로 빛나는 발광성운에 해당된다.
- 반사성운: 가스가 자체적으로 발광하지 않고 항성에서 방출된 빛에 반사되어 밝게 빛나는 성운을 의미한다.
- 변광성운: 반사성운중에서도 규칙적인 주기로 밝기가 변하는 성운들을 따로 변광성운으로 분류하기도 한다.
- 원시 행성상성운: 이름이 원시 행성상성운이기 때문에 행성상성운의 일종으로 오해할 소지가 있으나 성간물질이 이미 이온화된 상태라 자체적으로 발광하는 행성상성운과 달리 원시 행성상성운은 아직 생을 마감하지 않은 점근거성가지 이후(P-AGB) 항성의 외피가 외부로 방출되면서 형성되는 불완전한 형태의 행성상성운이기 때문에 발광성운으로 분류되려면 별의 빛과 항성풍에 의해 가스가 이온화가 되어야 한다. 그러나 원시행성상성운을 형성하는 중심항성들이 성간가스 전체를 이온화시킬 정도로 밝고 크기 않다고 알려져 있기 때문에 원시행성상성운의 발광 매커니즘은 가스의 이온화가 아니라 중심별의 빛 반사, 즉 반사성운의 매커니즘을 가지고 있다. 따라서 원시행성상성운은 현재 일종의 반사성운으로 분류되고 있다.
- 암흑성운 : 암흑성운은 확산성운에 비해 비교적 경계를 확실하게 정의내릴 수 있기 때문에 암흑성운을 발광성운과 개별적으로 분류하는 방식이 대부분의 경우 사용되고 있다.
다만, 통합 플럭스 성운은 우리은하 전체 항성들의 빛에 의해 반사되어 빛나기 때문에 일종의 반사성운으로 분류되는 경우가 있으나 대부분의 경우 IFN을 일반적인 은하 내부 성운과는 별개의 성운으로 구분하거나 아예 성운과 다른 천체라고 서술하고 있다. 아직 IFN에 대해서 알려진 바가 많지 않기 때문에 이러한 혼동이 발생한 것으로 보이며 현재로써는 어느 분류를 사용해도 상관없을 듯 하다.
3.1. 확산성운
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| 용골자리 성운 |
확산성운/Diffuse Nebula
확산성운 또는 무정형성운은 암흑성운을 제외한 대부분의 성운들이 분류되어 있는 하위분류이다.
하위 분류의 범위가 너무나도 광대하기 때문에 일반인이 봤을 때 둘 사이에 공통점이 진짜로 있는지 의문점이 들 정도로 판이하게 다른 성운들도 존재할 수 있다. 다만, 이들 모두 공통적으로 가지고 있는 특성은 무려 2가지나 존재한다. 첫번째는 빛을 내보내는[9] 발광 특성이며 두번째는 정해진 모양이 존재하지 않는다는 무정형 특성이다.[10] 실제로 확산성운에 해당하는 발광성운이나 반사성운같은 성운들은 빛을 방출하고 모양이 불규칙하고 경계가 불분명한 반면 대부분의 암흑성운들은 매우 어둡고 경계가 또렷하게 관찰되며 모양이 횡축, 종축으로 길게 늘어져 있거나 원에 가까운 모양을 가지고 있다는 것을 확인할 수 있다.[11]
3.1.1. 발광성운
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| 오리온 성운 |
발광성운/Emission Nebula
성운이라는 천체를 떠올릴 때 절대다수가 가장 먼저 떠올릴 성운의 일종으로 성운 중에서 가장 밝고 대중적인 성운이다.
사전적 정의는 다양한 파장의 빛을 방출하는 이온화 가스로 구성되어 있는 성운이다. 알기 쉽게 풀어서 설명하면 빛을 직접 방출하는 성운으로 설명할 수 있겠다.
당연한 사실이라고 받아들일지는 모르겠지만, 가스가 빛을 직접 방출하는 발광 특징을 가지려면 빛을 방출하기 위한 에너지를 공급해주는 원천이 필요하다. 이러한 역할은 대부분의 경우 중심별이나 근처의 고질량 항성에서 방출되는 항성풍과 고에너지 광자가 담당하는 것으로 알려져 있다.[12]
발광성운은 현재 4가지의 하위 분류가 존재하는 것으로 알려져 있다.
* HII 영역(전리수소영역): 발광성운을 대표하는 성운으로 일부 항성들을 제외한 대부분의 항성이 해당 성운에서 기원했다고 해도 과언이 아니다. 자세한 것은 해당 문서를 참고하기 바란다.
* 행성상성운: 얼핏 보면 대부분의 유명한 행성상성운들이 무지개 비스무리한 색상을 가지고 있는 것에 기반해 반사성운의 일종이라고 오해할 수 있으나 엄연히 중심에 위치한 행성상성운 핵(PNN), 즉 백색왜성에 의해 이온화된 가스들로 구성된 발광성운이다.[13]
* 신성 잔해
* 초신성 잔해
발광 성운 목록중에 가장 대표적인 목록은 바로 샤플리스 목록이라고 할 수 있으며 310여개의 발광성운[14]이 수록되어 있다.[15]
| 나무위키에 문서가 존재하는 발광성운 |
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3.1.1.1. 전리수소영역
3.1.1.2. 행성상성운
3.1.1.3. 신성 잔해
3.1.1.4. 초신성 잔해
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| 게 성운 |
| 나무위키에 문서가 존재하는 초신성 잔해 |
3.1.1.4.1. 초거품
3.1.1.5. 볼프-레이에 성운
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| M1-67 성운 |
| 나무위키에 문서가 존재하는 볼프-레이에 성운 |
3.1.2. 반사성운
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| 마귀할멈 성운 |
그러나 반사성운 주위의 별이 붉은 별이라 산란시킬 빛이 붉은 파장밖에 없다면 붉은 반사성운도 가능하다.
반사성운의 빛은 산란된 빛이기 때문에 부분 선형 편광되어 있다.
허블의 변광성운같이 항성의 밝기 변화로 인해 밝기와 모양이 변하는 반사 성운을 변광성운이라고 한다.
반사성운 목록중에서도 대표적인 목록이 바로 Vdb 목록으로 실질적으로 관측할 수 있는 대부분의 반사성운들이 여기에 모두 포함되어 있다고 보면 된다.
| 나무위키에 문서가 존재하는 반사성운 |
3.1.2.1. 원시 행성상성운
3.2. 암흑성운
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| 말머리성운 |
암흑성운 목록중에서 가장 유명한 목록은 바너드 목록과 LDN(린드의 암흑성운 목록)이 있으며 대부분의 암흑 성운들은 전부 여기에 포함되어 있다고 보면 된다.[18]
| 나무위키에 문서가 존재하는 암흑성운 |
3.3. 통합 플럭스 성운
4. 대중 매체
- 전지적 독자 시점에서 성좌들이 모인 집단으로 설명한다. 자세한 내용은 전지적 독자 시점/설정 참조.
- 괴담 동아리에서 괴신 마왕이 성운의 형태로 존재한다.
5. 관련 문서
[1] 라틴어로 '안개', '구름'의 의미를 갖고 있다. 복수형은 라틴어의 경우 nebulae. 영어 역시 nebulae를 복수형으로 하되 nebulas도 허용한다.[2] 물론 비교적으로 좁다는 거지 실제론 태양계 크기의 몇십 배에 달하며, 성간물질 하나하나가 그만큼 떨어져 있다. 즉 인간이 성운 안으로 들어간다면 아무것도 잡히지 않을 것이다. 겉모습만 밀집돼 보일 뿐이다.[3] 그래서 90년대 이전에 나온 책에는 용어가 섞여 쓰이고 있다. 안드로메다 성운, 마젤란 성운 등. 게다가 여기에는 일본에서 다 성운으로 몰아붙여 표기한 것을 그대로 써먹은 중역의 영향도 있다.[4] 우주의 빈 공간에 비교한 상대적인 것이다. 우주의 넓은 범위에 퍼져있어서, 실제 밀도는 1 세제곱 cm에 100~300개의 분자가 있는 정도다. 단 그 범위가 굉장히 넓어서 그런 것으로, 총 질량은 태양의 10~100배에 이를 정도로 높다.[5] 적외선 사진에서 식별할 수 있는 백조자리 X가 가시광선에서 보이지 않는 까닭은 지구와 백조자리 X 사이에 위치한 암흑성운인 북쪽 석탄자루 성운에 의해 백조자리 X 지역으로부터 나오는 강력한 빛이 소광되었기 때문이다. 자세한 것은 본문을 참고하기 바란다.[6] 사진에 보이는 거대한 성운은 백조자리 X이다.[7] 이러한 성간소광이 발생하는 은하수 지역을 따로 회피대라고도 부른다.[8] 물론 천체관측에 적외선과 전파가 사용되는 까닭이 저소광 효과뿐인 것은 아니다. 적외선은 열 관련 특성을 통해 성운, 은하들의 별 형성이나 YSO 천체들과 관련된 연구에서 중점적으로 사용되며, 전파는 퀘이사나 우주배경복사등 우리은하에서 아주 멀리 떨어져 있는 곳에 위치한 빛이나 외부은하들을 연구하기 위해 자주 사용된다.[9] 여기서 빛을 내보내는 데에는 자체적으로 발광하거나 빛을 반사하는 2가지 사례가 존재한다.[10] 여기서 무정형 특성은 확산성운의 기준이 될 수 있는지의 여부에 논란이 많은 특성중 하나이다. 자세한 것은 후술한 각주에서 참고.[11] 다만, 석탄자루 성운이나 뱀자리-독수리자리 균열과 같이 무정형인 암흑성운들 역시 존재하는데, 이러한 무정형 암흑성운들의 존재들이 확산성운의 무정형특성이 실제로 확산성운인지를 판가름하는 특성에 포함되어야 하는지의 여부에 대해 논란을 일으키는 가장 큰 문제이다.[12] 물론 초신성 잔해, 초거품의 붕괴와 충돌로 인해 형성되는 경우, 성간구름의 충돌로 인해 발생하는 경우등 예외는 당연히 존재한다.[13] 발광성운임에도 다양한 색상이 관찰되는 까닭은 명료하다. 적색거성의 진화 과정에서 수소 핵융합으로 인해 이온화되면 붉은색을 띄는 수소가 거의 소진된 반면 중심에서 진행된 헬륨 핵융합으로 인해 이온화되면 각각 노란색, 푸른색을 띄는 탄소,산소가 비교적 많이 포진해 있기 때문이다.[14] 초신성 잔해나 행성상성운도 일부 포함되어 있다.[15] 이외에도 RCW 목록, Gum 목록, LBN 목록(린드의 밝은성운 목록)이 있으나 잘 알려지진 않은 편이다.[16] 위 사진의 마귀할멈 성운의 경우 리겔의 빛을 반사해 빛난다.[17] 링크된 예시는 뱀 성운.[18] 특히 LDN 목록에는 1,400여개의 암흑성운이 포함되어 있다.