지식보관소_ 가끔 뉴스에 나오는 이 행성의 정체

 

 

지표면은 석유가 너무 많아서

석유로 된 강이나 호수가 있을 수도 있습니다.

 

 

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우리 은하에는 무려 4천억 개의 항성이 존재합니다.

이 항성들은 모두 태양같이 핵융합을 하는 항성들이고

이들 항성은 각각 주변을 돌고 있는 항성계들로 구성이 되어 있습니다.

이렇게 우주가 넓은 만큼

우주에는 신기한 행성들도 많습니다.

 

그런데 가끔 뉴스를 보다 보면

다이아몬드 별을 발견했다는 뉴스가 나오는데요.

과연 이런 것들의 정체는 무엇일까요?

 

여기서 우리가 헷갈리지 말아야 할 것은

다이아몬드 별과 다이아몬드 행성입니다.

 

다이아몬드 별이라고 하면 주로 백색왜성을 이야기합니다.

모든 항성은 핵융합이라고 하는 과정을 통해서 에너지를 만들어냅니다.

우주에는 75% 이상이 수소로 이루어져 있고

처음 별이 탄생하고

그 별은 대부분의 시간 동안

이 수소를 이용한 핵융합 과정으로 일생을 보내게 됩니다.

 

이렇게 별의 일생동안 제일 긴 시간이

수소를 헬륨으로 핵융합하는 시간인데

이렇게 수소 핵융합 중인 별을 주계열성이라고 부릅니다.

 

태양의 경우 이 주계열성 단계를

약 50억 년 가까이 동안 유지중이고

앞으로도 50억 년 동안은

주계열성 단계를 유지할 것으로 보입니다.

 

그런데 핵융합을 하면

계속해서 수소가 소진이 되고

점차 수소들은 헬륨으로 바뀌게 됩니다.

결국 수소를 어느 정도 소진을 하고 나서

별의 중심의 압력이 일정 수준을 넘어가게 되면

헬륨 핵융합을 시작하게 되는데

이때는 부피가 점점 커져서 적색거성이 되게 됩니다.

 

지금은 뭐 이런 우주의 크기 이런 영상을 보면서

“아니 뭐 태양 크기 별거 없네” 라고 말하지만

적색거성이 되게 되면

태양도 굉장히 큰 별이 되게 됩니다.

 

만약 태양이 헬륨 핵융합을 통해서 탄소를 만들어내고 나서 얼마 지나지 않아서

태양이 가진 밀도와 온도로는

더 높은 온도로 핵융합이 불가능해지고

핵융합을 할 수 있는 연료를 모두 다 소진하면서

점점 더 차가워지게 되는데

태양 정도 크기의 별은 초신성폭발을 일으키지 않기 때문에

그대로 태양을 이루고 있던 가스들은

우주로 흩어지게 되고

중심의 핵은 백색왜성이 됩니다.

 

여기서 태양 핵 밖에 있던 가스들은

점점 멀어지고

태양의 중력이 가스들을 보유하는 게 불가능해져서

핵융합이 되지 못한 외곽의 수소와 헬륨 등의 원소들은

우주에 흩어져서

이런 아름다운 행성상 성운이 되게 됩니다.

 

그런데 여기서 남겨진 태양의 중심핵은

상당수가 탄소 원자로 이루어져 있습니다.

아무래도 백색왜성이 대부분 탄소까지 핵융합을 할 수가 있고

태양처럼 뜨거운 온도에서는 모든 물체는 기체 상태를 넘어서

플라즈마 상태가 되면서

가장 무거운 물질이 중심으로 가라앉게 되기 때문에

남겨진 백색왜성은

표면이 대부분 탄소 원자로 덮여 있을 것으로 추정되는 것이죠.

 

여기서 중요한 건

다이아몬드는 순수한 탄소 원자의 배열로 이루어진다는 것입니다.

대신에 탄소가 다이아몬드가 되기 위해서는

불순물이 없는 환경에서

높은 온도와 열이 작용해야 하는데

태양에서는 이런 조건이 쉽게 달성되었기 때문에

백색왜성은 표면이 다이아몬드로 이루어진 별로 생각이 되는 것이죠.

 

거기다가 백색왜성은 일반적인 주계열성에 비해서 너무나 어둡기 때문에

망원경으로도 관측이 쉽지가 않고

운 좋게 이걸 발견하게 되면 뉴스거리가 되게 되는데

일반인들한테 어그로를 끌기 위해서

다이아몬드 별이라고 하는 자극적인 이런 뿌슝빠슝한 썸네일

아니 제목을 사용하게 되는 것이죠.

 

그런데 백색왜성이랑 다이아몬드 행성은 또 전혀 다릅니다.

다이아몬드 행성은

지구 같은 평범한 행성을 의미합니다.

그런데 지구에서는 다이아몬드를 쉽게 볼 수가 없죠.

그 이유가 지구는 초기에 생길 때

탄소보다 산소가 훨씬 더 많았기 때문인데

태양계 행성들은 모두 탄소보다 산소가 많습니다.

 

탄소보다 산소가 많았던 덕분에

지구 초기에 존재하던 많은 탄소들이

탄산염 광물을 형성하게 되었고

이산화탄소 대기를 가질 수가 있게 되었죠.

 

물론 초기에 광합성을 하는 생명체가 생긴 이후에

지구의 이산화탄소 대기는

광합성 작용으로 인해서 산소로 변경되었습니다.

 

하지만 우주의 모든 곳에서

탄소보다 탄소가 많은 것은 아닙니다.

이를 알 수 있는 이유는

항성의 스펙트럼 분석을 통해서

별이 어떤 원자 구성비를 가지고 있는지 알 수 있기 때문입니다.

 

그리고 우주에는 탄소의 구성비가

태양보다 높은 행성들도 발견이 되죠.

실제로 WASP-12b는 스펙트럼에서 탄소의 비율이 높게 나타나면서

이론상으로만 존재하는 다이아몬드 행성이라는 이야기가 있었습니다.

 

하지만 아직까지 제대로 된 탄소행성을 발견하지 못했는데

그 이유는

우리 은하에서 탄소 비율이 높은 지역은

은하계 중심부이기 때문입니다.

 

하지만 거리가 멀수록 외계 행성을 검증하는 것이 힘들다는 것을 고려하면

은하 중심으로부터 2만6천 광년 떨어진 우리의 위치에서는

탄소행성을 찾기 힘든 이유도 있습니다.

 

 

그럼 만약 탄소가 산소보다 많다면 어떻게 될까요?

일단 공기부터가 다릅니다.

대기가 존재한다면 탄소화합물로 이루어져 있을 것이고

우리가 사용하는 부탄가스나 메탄이나 벤젠 같은 천연가스가 대기에 많을 것입니다.

 

이런 탄소화합물을 연소시킬 산소가 탄소에 비해 부족할 테니까

연소되지 않고 대기로 존재할 수 있는 것이죠.

지표면은 석유가 너무 많아서

석유로 된 강이나 호수가 있을 수도 있습니다.

하지만 산소가 부족해서

부탄가스든, 메탄이든, 휘발유든

불을 붙여도 불이 붙지는 않겠죠.

 

사실 생각해 보면 재미있는 게

지구에서는 불이 났을 때

재료가 다 타서 불이 꺼지지

산소가 고갈돼서 불이 꺼지지는 않는 것처럼

이런 행성은 탄소와 산소의 구성비가 반대이기 때문에

반대로 산소가 다 소진돼서 불이 꺼지지

연료가 떨어져서 소진되지는 않는 것이죠.

 

그리고 행성 생성 초기에

순수한 탄소가 충분히 열과 압력을 받았으므로

다이아몬드가 엄청나게 많을 것으로 생각이 됩니다.

 

물론 아직까지 발견된 탄소행성 중에서

지구 같은 온도 조건을 가진 행성은 없습니다.

하지만 은하 중심부에 있는 항성들에서

탄소의 구성비가 높다는 것을 생각하면

우리은하에 다이아몬드 행성이 많을 수 있다는 것은

충분히 예상할 수가 있습니다.

 

하지만 4광년 떨어진 항성계에서도

충분한 조건이 갖춰지지 않는다면

외계 행성을 발견할 수 없는 지금의 기술력으로

2만 광년이 넘는 은하에서

외계행성을 발견하는 게 쉽지 않은 것은 사실입니다.

 

그래도 언젠가 골디락스존에 위치한 탄소행성이

발견이 되었으면 좋겠네요.

그럼 이만.