성간 소광과 성간 티끌
본문어두운 곳에서 은하수를 보면 빛의 띠 한가운데에 검게 갈라진 틈이 보인다. 옛사람들은 그곳에 별이 없다고 생각했다. 그런데 적외선 망원경으로 같은 곳을 보면 별이 빽빽하게 드러난다. 별이 없던 것이 아니라 무언가가 빛을 가리고 있었던 것이다. 무엇이 별빛을 가리며, 그것을 모르고 거리를 재면 어떤 잘못이 생길까?
3.2.1성간 소광과 적색화
별과 별 사이의 공간에는 아주 희박한 기체와 함께 크기가 0.1 μm 정도인 작은 티끌이 떠 있다. 티끌은 별빛을 흡수하고 산란시켜 별을 실제보다 어둡게 보이게 한다. 이를 성간 소광이라 한다. 티끌은 파장이 짧은 파란빛을 더 많이 산란시키므로, 티끌을 지나온 별빛은 붉어진다. 이를 성간 적색화라 하며, 해 질 녘 하늘이 붉은 것과 비슷한 원리이다.
소광량을 \(A\)등급이라 하면 거리 지수는 \[m - M = 5\log d - 5 + A\] 가 된다. 소광은 별을 붉게 하므로, 별의 원래 색과 관측된 색의 차이인 색 초과 \(E(B - V)\)를 재면 \(A \approx 3.1E(B - V)\)로 소광량을 구할 수 있다.
그림 1에서 소광량을 바꾸어 보자. 소광 1등급이면 빛이 약 40%, 5등급이면 1%만 도착한다. 소광을 모르고 밝기만으로 거리를 재면 별이 실제보다 \(10^{A/5}\)배 멀게 나온다. 20세기 초 천문학자들은 이 효과를 몰라 우리은하의 크기와 태양의 위치를 잘못 추정하기도 했다.1
3.2.2적외선으로 꿰뚫어 보기
티끌은 자기 크기보다 파장이 훨씬 긴 빛은 잘 막지 못한다. 그래서 적외선이나 전파는 티끌 구름을 대부분 통과한다. 은하 중심 쪽은 가시광선으로는 소광이 30등급에 이르러 아무것도 보이지 않지만, 적외선으로는 중심의 별들과 거대 블랙홀 둘레를 도는 별들까지 관측된다. 티끌 구름은 새 별이 태어나는 곳이기도 하여, 적외선 망원경은 구름 속에서 막 태어나는 별을 본다.
3.2.3예제 풀이
어떤 별의 분광형으로 보아 원래 색지수 \((B - V)_0\)는 0.0인데 관측값은 0.65이다. 이 별의 절대 등급은 1.0, 겉보기 등급은 13.0이다. 소광량을 구하고, 소광을 고려한 거리와 고려하지 않은 거리를 비교하여라.
색 초과는 \(E(B - V) = 0.65 - 0.0 = 0.65\)이므로 소광량은 \(A \approx 3.1 \times 0.65 \approx 2.0\)등급이다.
소광을 고려하면 \(5\log d - 5 = 13.0 - 1.0 - 2.0 = 10\)에서 \(d = 1000\) pc이다. 고려하지 않으면 \(5\log d - 5 = 12\)에서 \(\log d = 3.4\), 곧 \(d \approx 2500\) pc로 2.5배 멀게 잰다. 그래서 별까지의 거리를 잴 때는 밝기뿐 아니라 색까지 재어 소광을 보정한다. 즉 별빛이 붉어진 정도가 그 사이에 놓인 티끌의 양을 알려 준다. 은하면 방향의 별은 소광이 커서 대부분 이 보정이 필요하다.
아래 탐구 카드에서 은하수의 검은 틈에 별이 정말 없는지 직접 따져 보자.
- 성간 티끌은 별의 바깥층에서 흘러나오거나 초신성 폭발로 흩어진 규산염과 탄소 알갱이이다. 우리 몸과 지구를 이루는 원소도 이런 티끌을 거쳐 왔다.
성간 티끌은 별빛을 흡수하고 산란시켜 별을 어둡게(소광), 붉게(적색화) 보이게 하며, 거리 지수에 소광량 \(A\)가 더해진다. 색 초과로 소광량을 구해 보정하고, 적외선으로는 티끌 구름 너머를 볼 수 있다. 그래서 처음 질문의 은하수의 검은 틈에는 별이 없는 것이 아니라, 앞을 가린 성간 티끌 구름 뒤에 별이 숨어 있다.