Ⅱ형 초신성폭발
쌍둥이별이 아닌 경우 적색초거성의 마지막 단계에서 실리콘이 무거운 철로 바뀌면서 중심부를 향한 중력압이 계속 증가하여 결국 축퇴압을 넘어서게 되고 그 순간에 중심핵은 철이 주성분인 내핵과 실리콘이 주성분인 외핵으로 분리되는데 이러한 반응은 1/10초라는 짧은 순간에 일어나며 핵의 온도는 약 50억°K에 달하게 된다. 그리고 원자들의 핵이 높은 에너지의 γ선과 충돌하여 양성자와 중성자로 분해되는데 이 과정을 광분해(光分解, photolysis)라고 하며 이렇게 만들어진 양성자는 높은 열로 인하여 다시 전자를 포획하면서 중성미자를 방출하고 중성자가 된다. 이런 반응이 계속되면서 중성자의 밀도는 계속 증가하고 내핵에서 중력에 반발하는 압력은 낮아져 내핵이 붕괴된다. 이 붕괴는 중성자간의 반발력이 중력압과 균형을 이룰 때까지 계속되는데 수 초 만에 지구만한 크기의 내핵이 지름 10~20km 정도로 줄어든다.
이렇게 수축하는 내핵에서는 엄청난 열이 발생하며 또 엄청난 중력 때문에 외핵의 물질들이 내핵으로 쏟아져 내리면서 원자핵의 밀도까지 압축되어 더욱 많은 열을 발생시킴으로서 이 열로 인하여 외핵에서는 급작스러운 핵융합이 시작된다. 이때 초속 1만km에 달하는 굉장한 위력의 충격파가 발생하여 외핵을 이루고 있던 다양한 물질들과 함께 광분해와 전자포획으로 만들어진 수없이 많은 중성자와 중성미자들을 밖으로 밀어내게 되고 이들은 적색초거성의 겉껍질과 충돌하여 핵융합을 일으키게 되는데 이를 Ⅱ형 초신성폭발이라고 한다. Ⅱ형 초신성폭발 때에는 태양 질량을 상회하는 산소와 함께 기타 상당량의 무거운 원소들이 우주공간에 방출된다. 또 이와 함께 방출되는 에너지는 Ⅰ형에 비하여 훨씬 더 많아 태양이 평생(100억년)동안 방출하는 에너지를 한꺼번에 방출하지만 이 에너지가 대부분 보이지 않는 중성미자에 실려 있기 때문에 폭발시의 밝기는 태양의 10억 배 정도이다. 이와 같은 초신성폭발로 인해 막대한 에너지를 가지고 퍼져나가는 충격파는 적색초거성의 겉껍질뿐만 아니라 만나는 모든 가스와도 충돌을 일으켜 빛을 발하게 되는데 이를 초신성의 잔해(殘骸, supernova remnant)라고 한다.
(맥동)변광성(變光星, variable star)
무거운 별의 경우 별이 주계열별에서 다른 단계로 바뀌거나 또 적색초거성에서 핵융합의 단계가 바뀔 때마다 별의 밝기가 달라지며 또 신성폭발이나 초신성폭발 때에는 별의 밝기가 급격히 변화하는데 이와 같이 별의 밝기가 달라지는 별들을 통 털어 변광성이라고 한다. 그리고 가벼운 별의 경우와 마찬가지로 적색초거성은 맥동변광성이 된다.
중성자포획(中性子捕獲, neutron capture)-무거운 원소들의 합성
별의 중심핵에서 핵융합으로 만들어지는 원소는 철과 그보다 가벼운 원소까지이다. 그리고 철보다 양성자와 중성자가 더 많은, 더 무거운 모든 원소들은 초신성폭발 때 이미 만들어졌던 원소들이 중성자들을 포획하고 포획된 중성자들 중 일부가 -β붕괴를 통하여 양성자와 전자가 됨으로서 만들어진다. 중성자의 밀도가 낮을 때에는 하나의 중성자가 포획된 후 두 번째 중성자가 포획되기 전에 양성자와 전자로 붕괴되어 양성자가 하나 더 많은, 즉 원자번호가 하나 더 높은 원소가 되는데 이것을 느린 과정(s(low)-process)이라고 하며 이렇게 새로운 원소가 만들어질 경우 원자번호가 83인 비스무트(Bismuth/Bi)까지의 원소는 안정적이지만 그보다 더 무거운 원소는 불안정한 상태가 된다. 한편 중성자의 밀도가 높으면 포획된 중성자들이 붕괴되기 전에 계속 다른 중성자들을 포획하다가 가장 불안정한 동위원소가 만들어지면 이때 -β붕괴로 양성자 하나가 만들어지면서 다음 단계의 원소가 되는데 이를 빠른 과정(r(apid)-process)이라고 한다.
우주공간에 존재하는 철보다 무거운 모든 원소들, 예를 들어 철보다 약간 더 무거운 구리(동/銅, copper/Cu), 아연(亞鉛, zinc/Zn), 게르마늄(germanium/Ge) 등을 비롯하여 몰리브덴(molybdenum/Mo), 은(銀, silver/Ag), 카드뮴(cadmium/Cd), 주석(朱錫, tin/Sn), 텅스텐(tungsten/W), 백금(白金, platinum/Pt), 금(金, gold/Au), 수은(水銀, mercury/Hg), 납(연/鉛, lead/Pb) 등은 물론 아주 무거운 우라늄(uranium/U,Ur), 플루토늄(plutonium/Pu) 등에 이르기까지 모두 이러한 과정을 거쳐서 만들어지게 된다. 따라서 초신성폭발은 무거운 원소들을 우주공간에 쏟아내는 역할뿐만 아니라 무거운 원소들을 만들어내는 데에도 결정적인 역할을 하는 것이다. 그러나 금이나 수은과 같은 일부 중금속의 경우에는 이러한 과정만으로 지금 존재하고 있는 양이 모두 만들어질 수는 없었을 것이며 태양계의 생성에는 아마도 중성자별들의 충돌이 큰 기여를 했을 것으로 보인다.
중성자(中性子)별(neutron star), 자기(磁氣)별(magnetar), 맥동성(脈動星, 펄서/pulsar)
Ⅱ형 초신성폭발을 일으키고 남은 내핵은 대부분이 중성자로 되어 있고 나머지는 가장 안정적인 원소인 철이어서 중력압과 중성자간의 반발력이 평형을 이룰 때까지 수축한 후에는 더 이상 붕괴를 일으키지 않는데 이러한 별을 중성자별이라고 한다. 중성자별은 크기는 직경이 10~20km 정도로서 매우 작지만 밀도가 1㎤당 약 수십억 톤 정도로 엄청나게 높아 질량이 매우 크며 이에 따라 중력도 매우 크다. 중성자별 중에는 지구 자기장의 10억 배에 달하는 엄청나게 강한 자성(磁性, magnetism)을 가진 별도 있고 또 비교적 약한 자성을 가진 별도 있는데 이와 같이 자성을 가진 중성자별을 자기별이라고 한다. 또 중성자별의 자전속도는 매우 빨라서 대개 1초에 한번 정도 자전을 하며 가장 빠른 것은 1초에 600회, 가장 느린 것은 4초에 한번 정도 자전을 하는데 이때 발생하는 전기장으로 인하여 주기적으로 라디오파, 가시광선, x선, γ선 등을 발산하므로 이런 별들을 맥동성이라고 한다. 이 외에 자성이 전혀 없는 중성자별도 있다.
과신성(過新星, hypernova)폭발
질량이 태양의 30배가 넘는 청색초거성의 경우에도 폭발까지의 과정은 Ⅱ형 초신성폭발과 비슷하다. 그러나 질량이 너무 큰 관계로 중력압도 너무 커서 폭발의 마지막 단계에서 중성자의 반발력과 평형을 이루지 못하고 중심핵이 빛도 빠져나가지 못 할 정도로 고밀도의 중력붕괴를 일으키며 중력붕괴 된 핵 안으로 외핵이 빨려 들어가 엄청난 폭발을 일으키게 된다. 이러한 현상을 과신성폭발이라고 하는데 일반적으로 초신성폭발보다 10배는 더 강력하며 거의 광속에 가까운 속도로 우주공간에 물질들을 방출하게 된다.
소형 블랙홀
과신성폭발 뒤에 남은 물질들이 중력에 의해 압축되어 블랙홀이 생성된다. 10억 톤의 무게를 가지는 블랙홀의 반지름은 10조분의 1(10-13)cm밖에 안 되며 이것은 원자핵과 같은 크기이다. 이와 같은 블랙홀의 밀도는 너무 커서 엄청나게 강한 중력을 가지기 때문에 아무것도 빠져 나갈 수 없으며 빛조차도 빠져 나갈 수 없다. 그러나 이런 블랙홀들은 은하의 중심에 생성되는 거대 블랙홀보다는 비교할 수 없을 정도로 규모가 작은 것이다.
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