별들의 요람 성운 메시에 목록과 NGC목록 성운의 종류

1. 별들의 요람 성운이란 무엇인가

별들의 요람이라는 성운을 알아보겠습니다. 성운이란 가스와 먼지 등으로 이루어진 대규모의 성간물질로 주로 은하면에 모여 있습니다. 천체망원경의 분해능이 좋지 않던 19세기에 점광원으로 보이지 않는 천체는 모두 성운 또는 성단으로 간주하였습니다. 은하계 외부에 존재하는 은하를 한 때 성운이라고 부른 적도 있었습니다. 하지만 오늘날 은하와 성운은 확실히 구분되며 외부은하 안에서도 많은 성운과 성단들이 관측되고 있습니다.

2. 메시에 목록과 NGC목록

성운들의 목록으로 메시에 목록이 사용됩니다. 이것은 1781년 프랑스의 천문학자 메시에가 혜성과 혼동하기 쉬운 천체들의 위치와 밝기 등을 정리해 놓은 목록으로 원래 103개였지만 1786년에 메시에 6개를 추가하였으며 오늘날 안드로메다 위성 은하를 포함시켜 흔히 110개를 사용합니다. 목록의 표기는 메시에의 머리글자 M과 목록 번호를 붙여 나타냅니다. 예를 들어 M1은 메시에 목록 1번으로 황소자리의 게성운을 나타냅니다. M31은 안드로메다 대성운 M42는 오리온 대성운을 가리킵니다. 메시에 목록은 프랑스 파리에서의 관측을 토대로 만들었기 때문에 파리에서 보이지 않는 남반구 하늘의 성운과 성단은 포함되어 있지 않습니다.
다른 목록으로 NGC가 사용되는데 덴마크 태생의 영국 천문학자 드레이어가 1888년에 만든 것입니다. 여기에는 외부은하 내 성운을 포함한 7814개의 천체가 수록되어 있습니다. 1895년과 1908년에는 NGC 추가 목록으로 IC 목록이 간행되었으며 총 5386개의 성운과 성단의 위치와 외관 등이 실려 있습니다. NGC와 IC는 가장 기본적인 성운과 성단 목록으로 쓰이고 있습니다. 게성운 M1은 NGC1952, 안드로메다 대성운 M31은 NGC224에 해당됩니다.

3. 성운의 밝기에 따른 성운의 종류

성운에는 밝게 빛나는 밝은 성운과 밝은 성운을 배경으로 어둡게 떠오르는 암흑성운이 있습니다. 밝은 성운은 흔히 반사성운과 발광 성운으로 구분됩니다. 반사성운은 뜨거운 별 근처에 있어서 먼지가 짧은 파장의 별빛을 산란시켜 푸르게 보입니다. 반사성운은 성간 기체뿐만 아니라 많은 양의 먼지를 포함하고 있습니다. 대부분의 성운은 거의 반사성운입니다.
발광 성운도 주위의 뜨거운 별빛을 받아 빛을 내지만 그 과정은 반사성운과 조금 다릅니다. 뜨거운 별들은 성운의 내부 또는 뒤쪽에 자리 잡고 있는데 짧은 고에너지 자외선을 방출합니다. 이 복사가 가스 구름에 부딪치면 기체 원자들을 이온화시켜서 전자가 원자로부터 떨어져 나가게 됩니다. 떨어져 나간 전자는 다시 원자와 재결합할 때 에너지가 낮은 긴 파장의 빛을 방출하여 성운을 빛나게 합니다.
암흑성운은 가시광선을 방출하지 않는 먼지를 포함하기 때문에 어둡습니다. 암흑성운의 먼지는 밝은 성운이나 별에서 오는 빛을 차단할 만큼 높습니다.

3-1. 방출 성운(발광 성운)

방출 성운(발광 성운)은 주위의 고온의 별로부터 강한 자외선을 받아 가스가 이온화하여 발광하는 성운입니다. 주로 가스로 된 성간물질 가까이에 O형 또는 B0과 B1형 별이 가까이 있는 경우와 고온의 별에서 복사되는 자외선에 의하여 수소가스가 들뜨게 되어 휘선 스펙트럼과 함께 밝은 빛을 내게 됩니다. 에너지를 공급하는 별은 표면온도가 3만 k이상이 되는 고온의 별인데 이와 같은 고온의 별은 연령이 수천만 년 이하인 젊은 산개성단에 포함되는 경우가 많습니다. 이온화 가스의 질량은 산개성단의 모든 별들의 질량 합보다 100배 정도로 큽니다. 오리온자리의 오리온 대성운과 백조자리의 북아메리카 성운과 외뿔소자리의 장미성운 등 많은 성운이 발견되었습니다.

3-2. 반사성운

플레이아데스 성단입니다. 출처: 나무위키

반사성운은 스스로 빛을 내지 않으나 주위에 있는 고온의 별로부터 받은 빛을 반사하여 빛나는 성운입니다. 성운 가까이에 있는 별이 B2형보다 만 기형일 때 별에서 나오는 에너지는 성운 내의 가스를 들뜨게 할 정도가 못되므로 성운의 물질들은 단순히 별빛을 반사하여 빛나게 됩니다. 이때 성운은 주변에 있는 별과 같은 연속 스펙트럼을 보이게 됩니다. 방출 성운에서는 휘선 스펙트럼과 함께 연속 스펙트럼이 겹쳐서 나타납니다. 주위의 고온 별과 같은 연속 스펙트럼을 보이나 빛을 반사할 때 푸른색 쪽이 더 크게 산란되므로 실제의 별빛보다는 다소 푸른색 쪽으로 치우쳐 나타납니다. 반사성운은 성간 가스뿐 아니라 많은 양의 먼지를 포함하고 있습니다. 플레이아데스 성단을 둘러싸고 있는 성운과 암흑성운의 주변부에서 흔히 볼 수 있습니다.

3-3. 암흑성운

암흑성운은 스스로는 빛을 내지 않으나 배후의 별이나 발광 가스를 흡수하여 검은 덩어리나 띠로서 관측되는 성운입니다. 방출 성운이나 반사성운과 같은 밝은 성운 또는 밝은 별 앞에 주로 먼지와 티끌로 된 고밀도의 성간물질이 있어 그 배후에서 오는 빛을 차단하여 어둡게 보입니다.
은하면에 따른 영역에 많고 외부은하 중 주로 나선은하의 팔에 해당하는 부근과 막대 나선 은하 등에서도 볼 수 있습니다. 바늘 모양의 입자로 된 우주먼지로 구성되어 있습니다. 그 입자들은 수소와 탄소와 질소와 산소 등을 함유하는 물질입니다. 성운의 질량은 태양의 10~100배 이상으로 생각됩니다. 다른 성간운과 함께 별의 생성에 주요한 역할을 합니다. 오리온자리의 말머리성운과 백조자리의 북아메리카 성운과 남 십자 자리의 석탄 자루 성운 등이 있습니다.

4. 성운의 모양에 따른 성운의 종류

또 성운은 그 모양에 따라 행성상 성운과 초신성 잔해와 산광 성운으로 구분됩니다. 행성상 성운은 원반 형태로 보이는 것이 특징입니다. 산광 성운이나 암흑성운과 같은 성간운이 아니라 비교적 질량이 작은 별이 진화 말기에 자신의 표면 가스를 우주 공간에 방출하여 생긴 것입니다. 행성상 성운의 중심에는 표면온도가 수만 도에 이르는 청백색의 백색왜성이 발견되고 있습니다.
성운 자체도 초속 수십 km에 이르는 속도로 팽창하고 있는 것이 관측됩니다. 행성상 성운의 지름은 1광년 정도이며 수명은 수천~수만 년 정도로 생각됩니다. 이에 배해 산광 성운은 처음부터 성간 가스와 먼지 등이 모여 이루어진 성운으로 모양이 불규칙하며 지름이 수십 광년에 이릅니다. 일반적으로 성운이라면 이러한 산광 성운을 말하며 방출 성운이나 반사성운도 여기에 속합니다. 산광 성운의 주변에는 암흑성운이 따르는 것을 흔히 볼 수 있습니다.

4-1. 행성상 성운

행성상 성운은 은하계 내의 가스성운 중 비교적 작은 것으로 작은 망원경으로 보았을 때 원 방형 즉 행성 모양으로 보이기 때문에 이런 이름이 붙었습니다. 주로 원판 모양과 가락지 모양 등 비교적 뚜렷한 형상을 가진 것이 많습니다. 성운의 지름은 일반적으로 작아 0.1~1광년 정도입니다.
대개 성운의 중심부에는 백색왜성 같은 고온의 별이 있는데 이러한 별을 중심별이라고 합니다. 자외선을 내는 중심별로부터 가스체의 성운은 에너지를 받아 휘선 스펙트럼을 냅니다. 스펙트럼을 보면 산소와 질소 등의 금지선이나 수소와 헬륨의 휘선을 나타내고 연속 스펙트럼은 없습니다. 가스는 구상 또는 구각상으로 분포하며 대개 초속 수십 km의 속도로 팽창하고 있습니다.
이것은 항성진화의 마지막 단계에서 별의 바깥층이 분리되어 가스체가 되는 것으로 수명은 수천에서 수만 년 정도로 추측됩니다. 거문고자리의 고리 성운과 여우자리의 아령 형성운과 큰 곰자리의 부엉이 성운 등이 대표적입니다. 그리고 주로 은하면에서 떨어진 곳이나 은하 중심핵 부근에 분포하는데 1000개 이상이 발견되어 있습니다.

4-2. 초신성 잔해

초신성 잔해는 초신성 폭발 후 그 잔해로 이루어진 가스성운으로 중심으로부터 바깥쪽으로 퍼지는 모습을 보입니다. 초신성이 폭발하여 생긴 성운은 초속 1000에서 1만 km에 이르는 맹렬한 속도로 팽창합니다. 유명한 것은 황소자리의 게성운입니다. 게성운은 초신성 폭발 후 800년 정도밖에 안 되었지만 면사포 성운을 포함한 백조자리 루프는 수 만년이 경과하여 매우 넓게 퍼져 있습니다.

4-3. 산광 성운

산광 성운은 성운 내부 도는 성운 근방에 있는 고온의 별로부터 방출되는 복사에너지를 받아서 빛나는 가스성운입니다. 내부 또는 근처에 있는 항성의 스펙트럼형이 B2형보다 조기형인 고온 별의 경우에는 별에서 방출하는 강렬한 자외선복사 때문에 성운 내의 가스가 들뜨게 되어 성운 고유의 방출선과 연속 스펙트럼을 내는 방출 성운으로 관측됩니다. 반면에 B2형보다 단기형인 경우에는 별에서 방출된 빛이 성운 내의 성간 입자와 티끌에 의해 산란 또는 반사되므로 반사성운으로 관측됩니다. 반사성운에는 방출 스펙트럼이 관측되지 않습니다.

5. 결론

이번에는 성운에 대하여 알아보았습니다. 성운을 성운의 밝기에 따라 성운의 모양에 따라 분류하는 것을 처음 알았습니다. 또한 메시에 목록과 NGC 목록에 대해 공부할 수 있어서 유익했습니다. 아름다운 성단과 성운이 많다니 우주는 알면 알수록 신기합니다.