성간매질(성간물질)이란?

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우주 공간은 완전한 진공이 아니고, 희박하지만 가스와 먼지와 에너지가 있다. 그런 것을 성간매질(星間媒質) 또는 성간물질(interstellar medium, ISM)이라 한다. 빅뱅 직후 우주 공간에는 수소가 먼저 생겨났고, 수소 원자들은 중력으로 뭉쳐져 거대한 별이 되었다. 수없이 생겨난 별에서는 핵합성(nucleo synthesis)이 일어나 중수소, 헬륨, 리튬과 같은 더 무거운 원소들이 형성되었다. 완성된 별에서는 끝없이 핵융합에 의한 폭발이 일어나고, 어떤 별은 폭발을 했다. 이럴 때 별의 구성 성분은 우주 공간으로 튀어 나간다.

 

 

성간매질의 성분은 무엇인가?

17세기 말까지만 해도 "우주 공간은 진공이다."라는 주장과 "에테르(aether)라 는 가상의 물질이 존재한다."는 주장이 맞서고 있었다. 성간물질의 존재를 확실히 알게 된 때는 20세기 초이다. 이때 과학자들은 분광기를 사용하여 성간물질의 성분을 하나씩 알아내기 시작했다.

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성간매질의 성분은 태양이나 별의 성분과 마찬가지이다. 즉 성간매질의 98%는 수소와 헬륨이고 2%가 성간먼지(interstellar dust, cosmic dust)이다. 수소와 헬륨보다 무거운 물질인 성간먼지는 대부분 이온 상태로 존재한다. 그들 중에 대표적으로 많은 것이 탄소, 산소, 질소, 무기금속, 규소 그리고 얼음 입자이다.

 

 

 

천문학에서 별과 별 사이는 ‘성간’이라 하고, 은하와 은하 사이는 ‘은하간’(interstellar)이라 표현하기도 한다.

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성간매질에 포함되는 방사선이란?

별에서는 엄청난 핵반응이 일어나 에너지가 방사되고 있다. 빅뱅으로 우주가 탄생할 때도 막대한 에너지가 방출되었다. 그 모든 에너지가 바로 우주 방사선이다.

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성간매질은 얼마나 많은가?

성간매질이 얼마나 희박하게 존재하는지 예를 들어보자. 냉장고 부피 정도의 대기 중에는 10에 0을 23개 붙인 정도의 기체 분자가 존재한다. 그러나 성간에는 1,000개 정도의 분자가 있다. 이 정도로 희박한 초진공은 아무리 훌륭한 진공펌프를 사용해도 만들 수 없다.

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성간매질은 이처럼 극소량 존재하지만, 우주는 워낙 광대하기 때문에 성간물질의 전체 양은 막대하다. 우리은하에 존재하는 성간매질의 양은 전체 별 질량의 10 - 15%일 것이라고 한다.

 

 

성간매질은 우주 관측을 방해하지 않나?

지구에서는 대기층 때문에 망원경으로 천체를 관측하기 어렵다. 그래서 과학자들은 방해받지 않는 우주공간에 우주망원경을 설치하여 관측을 하고 있다. 그러나 가장 훌륭한 우주망원경일지라도 먼 곳은 관측이 어렵다. 그것은 광대한 우주 공간에 존재하는 성간매질과 성간먼지가 방해하기 때문이다.

 

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대기 중에 수증기나 미세먼지가 많으면 멀리 있는 것이 잘 보이지 않는다. 우주 공간에 성간매질이 많으면 별빛을 산란시키기 때문에 정밀한 관측이 어려워진다. 과학자들은 이런 차이를 이용하여 성간매질의 상태를 짐작한다.

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성간매질을 조사하는 CHIPS 탐사위성

 

지구 주변의 성간매질을 조사하는 '칩스' 탐사선

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아득히 먼 별이나 은하계의 성간매질은 자세히 알기 어렵다. 그러나 천문학자들은 지구 둘레의 성간매질에 대해서는 자세히 알기를 원한다. NASA는 이미 2003년부터 CHIPS(Cosmic Hot Interstellar Plasma Spectrometer)라는 탐사선을 궤도에 올려 성간매질의 변화를 조사하기 시작했다. 초신성이 폭발하거나 태양의 활동이 심해지면 성간매질의 양과 에너지에 변화가 생긴다. 태양흑점 활동으로 지구 주변에 수소 이온과 같은 매질이 증가하면 통신 상태에 영향을 준다. 따라서 성간매질에 대한 연구는 천문학의 중요한 분야의 하나이다.

 

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