천체물리학이란? 태양, 항성, 블랙홀까지

머리털자리 별자리의 나선 은하

 

천체물리학이란?

천체물리학은 천체 물리학의 원리를 응용한 천문학 및 물리학의 한 분야로 물리 이론을 이용한 연구를 목적으로 천체 사이의 상호작용(광도, 밀도, 온도, 화학 조성), 별, 은하, 성간 물질 등 천체의 물리적 성질(천체 사이의 상호작용)을 연구합니다. 천문학 중에서도 19세기 이후에 시작된 비교적 새로운 분야입니다.

사실, 현대부터 천문학의 거의 모든 연구에서 물리학 이론의 적용은 필수적이기 때문에 천문학과 천체 물리학을 구별하는 것은 의미가 없습니다. 천문학 대학원 과정의 이름은 전공의 내용보다는 실험실의 역사를 반영하는 천문학 및 천체 물리학으로 분류가 됩니다.

 

태양 연구

뉴턴은 1666년에 프라운 호퍼에 의해 개선된 태양 스펙트럼 실험을 시도하였고, 1814년에 수많은 검은 선(엄선)이 발견되었습니다. 1861년 Kirchoff는 이 시점에서 검은색 선이 태양 대기의 흡수 때문인 것임을 확인하고 대기의 화학적 조성을 밝혀냈습니다. 1868년의 식에서는 적색과 코로나의 스펙트럼에서 알 수 없는 원소의 선이 발견되었는데, 전자는 헬륨, 후자는 코로나로 명명되었지만, 1939년에는 100만 도 온도에서 고전 원자에 코로늄이 귀속되었습니다. 이러한 사실들은 1908년에 제이만 효과로 인한 스펙트럼선의 분열과 분국을 이용하여 흑점 자기장의 세기를 측정함으로써 깊은 인상을 받았습니다.

 

항성 연구

스펙트럼의 첫 번째 분석은 Huggins and Sec chi (P. Sec chi)였습니다. 허긴스는 도플러 효과에 의해 분광서의 이동을 감지하였고, 1868년에 항성의 광속을 측정하였으며 1866년에는 수많은 별을 조사하여 분광형으로 분류하였습니다.

1920년의 이온화 이론이나 1900년의 복사 이론을 스펙트럼 관측에 적용하여 항성 대기의 온도, 밀도, 항성 표면의 온도와 밝기를 구할 수 있지만 여기에서는 성능 시차와 겉보기 밝기를 측정하여 실제 밝기를 구할 수 있습니다. 항성의 실제 반지름은 실제 밝기와 밝기로부터 계산할 수 있으며 1920년에 등장한 항성 간섭계로도 직접 측정할 수 있습니다.

항성 질량은 케플러의 세 번째 법칙을 연성계에 적용하여 질량과 반경의 평균 밀도를 추정함으로써 얻을 수 있습니다. Eddington은 1924년에 수분(수 만 배 증가)이 있는 조밀한 백색 왜성(흰색)을 발견했습니다. 항성의 실제 밝기에 대한 세 가지 경험적 법칙(절대평가)이 도출되었습니다. 맥동 변이, 스펙트럼 유형 및 연성 질량(이진 별) 사이의 관계, 이 관계는 관측 통계의 결과였고 먼 별의 분광 시간 차이, 별의 맥동 거리(별 클러스터)와 성운(맥동하는 별의 거리) 및 한 별의 질량을 추정하는 데 도움이 되었습니다. 에딩턴은 그러한 경험 법칙을 이론적으로 증명하기 위해 항성 내부 구조 이론을 연구하였고, 1938년 카모프와 베테는 항성 진화 이론을 고착시켰습니다. 항성 내부 구조 이론에 의하면 항성 내부는 매우 뜨겁고 밀도가 높으며 항성 진화 이론에 의하면 열핵 반응은 쉬는 시간 없이 진행되어 모든 항성은 방사능을 만들어내며 각각 나이를 먹습니다. 1944년 W. Baaed는 한 세대의 다른 별을 발견했습니다. 1931년 Jan ski는 천문학적인 전파를 포착한 다음 새로운 우주 관측을 개척했습니다. 전쟁 후 전파망원경이 개발되면서 수많은 전파 별이 발견되었고 이들의 전체는 팔로마 산 천문대의 대망원경으로 밝혀졌습니다.

 

블랙홀 연구

먼저 아인슈타인은 1915년 일반상대성 이론을 발표하고 그 내용을 바탕으로 블랙홀을 예측했습니다. 이후 블랙홀은 모든 물질을 빨아들이면서 지속해서 팽창한다는 블랙홀 이론에 의해 얼마간 받아들여지지만 1974년 스티븐 호킹이 블랙홀 증발 이론을 발표하였습니다. 블랙홀 증발 이론에서는 양자역학 이론을 적용하여 물질을 흡수하는 과정에서 원자 구성 입자를 양극 중심의 X선 형태로 방출하여 그 에너지를 모두 증발시켰습니다. 이 과정에서 2004년 스티븐 호킹은 블랙홀 내부에 정보가 저장될 것이라는 이론을 인정하면서 블랙홀 내부로 들어간 물질의 정보가 블랙홀 증발 이론에서 파괴될 것 것이라는 주장에 오류가 있음을 지적하고 이를 인정하여 출판하였습니다.