빛조차 빠져나오지 못하는 블랙홀과, 별이 처음 태어나는 화려한 구름 성운. 정반대처럼 보이는 두 천체는 사실 '별의 삶과 죽음'이라는 하나의 이야기로 연결되어 있습니다.
블랙홀은 중력이 너무나 강해, 가장 빠른 빛마저도 빠져나오지 못하는 천체입니다. 그래서 우리는 블랙홀 자체를 직접 볼 수 없습니다. '검은 구멍(black hole)'이라는 이름은 빛이 나오지 못해 그 자리가 캄캄하게 보이기 때문에 붙었습니다.
블랙홀의 무서운 점은 크기가 아니라 밀도입니다. 엄청난 양의 질량이 아주 작은 공간에 압축되어 있어, 가까이 다가가는 모든 것을 끌어당깁니다. 우주에서 가장 극단적인 중력의 결과물인 셈입니다.
대부분의 블랙홀은 태양보다 훨씬 무거운 거대한 별이 일생을 마칠 때 만들어집니다. 별은 평생 중심에서 핵융합으로 빛과 열을 내며 바깥으로 밀어내는 힘과, 안으로 끌어당기는 중력 사이에서 균형을 이룹니다. 그러나 연료가 다 떨어지면 이 균형이 깨지고, 별은 자신의 중력을 견디지 못해 순식간에 안으로 붕괴합니다.
이때 거대한 별은 '초신성 폭발'이라는 엄청난 폭발을 일으키고, 그 중심에 남은 핵이 한 점으로 짓눌려 블랙홀이 됩니다. 즉 블랙홀은 가장 거대했던 별이 맞이하는 마지막 모습입니다.
블랙홀 주위에는 '사건의 지평선(Event Horizon)'이라는 보이지 않는 경계가 있습니다. 이 경계 안쪽으로 한번 들어가면, 빛조차 다시는 빠져나올 수 없습니다. 이름 그대로 그 너머에서 일어나는 어떤 '사건'도 우리에게 전해질 수 없는, 정보의 끝자락입니다.
2019년, 인류는 사건의 지평선 망원경(EHT)이라는 국제 협력 프로젝트를 통해 블랙홀의 그림자를 처음으로 영상에 담았습니다. 검은 원반과 그것을 둘러싼 밝은 빛의 고리는, 빨려 들어가기 직전의 뜨거운 물질이 내는 빛입니다. 블랙홀 자체는 보이지 않지만, 그 주변의 빛으로 존재를 확인한 것입니다.
성운(星雲, Nebula)은 우주 공간에 넓게 퍼져 있는 거대한 가스와 먼지의 구름입니다. 주로 수소와 헬륨 같은 가벼운 기체로 이루어져 있으며, 그 크기는 수 광년에서 수백 광년에 이를 만큼 광대합니다. 망원경으로 보면 형형색색의 구름처럼 보여, 우주에서 가장 아름다운 풍경으로 꼽힙니다.
성운은 빛을 내는 방식에 따라 여러 종류로 나뉩니다. 내부의 뜨거운 별빛을 받아 스스로 빛나는 성운, 빛을 반사해 푸르게 보이는 성운, 빛을 가로막아 검게 보이는 성운 등이 있습니다. 오리온자리 한가운데 보이는 오리온 대성운은 맨눈으로도 흐릿하게 볼 수 있는 대표적인 성운입니다.
성운이 특별한 이유는, 바로 이곳에서 별이 태어나기 때문입니다. 성운 속 가스와 먼지가 자체 중력으로 한곳에 모이기 시작하면, 점점 더 밀도가 높아지고 중심부의 온도가 올라갑니다. 이 압축이 충분히 진행되어 중심 온도가 수백만 도에 이르면 핵융합이 시작되고, 마침내 스스로 빛을 내는 새로운 별이 탄생합니다.
우리의 태양과 지구를 포함한 태양계도 약 46억 년 전, 이런 성운 속에서 만들어졌습니다. 즉 우리 몸을 이루는 원소 하나하나는 먼 옛날 성운에서 비롯된 셈입니다.
블랙홀과 성운은 정반대처럼 보이지만, 하나의 거대한 순환으로 이어져 있습니다. 별은 성운에서 태어나, 일생 동안 빛을 내다가, 죽음을 맞이합니다. 그리고 거대한 별이 초신성으로 폭발하며 죽을 때, 그 잔해는 다시 우주로 흩뿌려져 새로운 성운의 재료가 됩니다. 그 폭발의 중심에서는 블랙홀이 남기도 합니다.
다시 말해, 한 별의 죽음(초신성·블랙홀)은 다음 세대 별의 탄생(성운)을 위한 씨앗이 됩니다. 별의 죽음에서 흩어진 무거운 원소들이 없었다면, 지구와 같은 암석 행성도 생명도 존재할 수 없었을 것입니다. 블랙홀과 성운은 '죽음과 탄생이 끝없이 순환하는' 우주의 두 얼굴인 셈입니다.
성운에서 별이 태어나고, 거대한 별은 죽으며 블랙홀과 새로운 성운의 재료를 남깁니다 — 우주는 이 순환을 끝없이 반복합니다.
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