별의 진화 단계와 무거운 원소

주계열성에서 만들어진 원소 - 헬륨

중력에 의해 수소와 헬륨들이 서로 가깝게 모여들어 뭉치면 주변보다 입자들 사이의 거리가 가까워져 온도가 높아지는 부분이 생기기 시작한다. 중력 수축이 계속되면서 중심부의 온도와 밀도가 점차 높아지는데, 온도가 1000만K가 넘으면 핵융합이 일어나면서 수소가 헬륨으로 바뀐다. 이때 엄청난 양의 에너지가 발생하며 이 에너지는 주로 빛의 형태로 우주 공간으로 방출된다. 이렇게 하여 스스로 빛을 내는 별이 탄생하는것이다. 이러한 별이 주계열성이며, 헬륨은 주계열성에서 만들어진다.

<사진 : 주계열성에서 만들어지는 헬륨>'

적색 거성에서 생성되는 원소 - 헬륨보다 무거운 원소

수소의 고갈과 별의 죽음 : 주계열성 내부에서 수소의 핵융합이 계속 일어나면 결국 별은 헬륨으로 이루어진 중심핵과 그것을 둘러싼 수소층으로 나누어진다. 그러다 중심부에서 수소가 고갈되면 더 이상 핵융합이 일어나지 못한다. 왜냐하면 수소의 핵융합보다 에너지 장벽이 높은 헬륨의 핵융합이 일어나기 위해서는 더 높은 온도가 필요하기 때문이다. 수소가 고갈되어 더 이상 핵융합이 일어나지 못하는 별의 중심부는 중력의 의해 수축하게 되면서 질량에 따라 별의 운명이 크게 달라진다.
적색 거성의 탄생과 탄소의 생성 :
ㄱ. 적색 거성 : 중심의 수소가 고갈되었더라도 중심부에서 일어나는 중력 수축을 견딜 수 있을 정도의 질량을 가진 별에서는 오히려 수축에 의해 중심부의 온도와 밀도가 높아진다. 그러다 중심부의 온도가 1억K에 도달하면 헬륨의 핵융합이 시작되면서 에너지가 방출되고, 그로 인해 수소층의 온도가 높아쳐 수소의 핵융합이 다시 일어난다. 이 현상으로 인하여 별이 붉게 보여지는데, 이러한 별을 적색 거성이라고 하는것이다.
ㄴ. 탄소의 생성 : 온도와 압력이 높은 적색 거성의 중심부에서는 헬륨 원재핵이 핵융합하여 탄소의 원자핵이 만들어진다. 이때 생성되는 에너지에 의하여 별은 적색 거성으로 안정화된다.
ㄷ. 헬륨의 고갈과 핵융합 반응의 중단 : 헬륨의 핵융합이 계속되면서 별의 중심부에서 헬륨이 고갈되고 탄소만 남으면, 더 이상의 핵융합 반응은 일어나지 않는다. 왜냐하면 (+6)의 전자를 띠는 탄소의 원자핵이 핵융합 반응을 일으키기 위해서는 훨씬 높은 온도가 필요하기 때문이다. 이렇게 되면 적색 거성의 중심부에서는 더 이상의 에너지가 방출되지 않으므로 적색 거성으로서의 생명은 끝난다.

<사진 : 적색 거성, 태양 그리고 지구>
최종적으로 별의 중심부에 철이 생성되면 더 이상 핵융합 반응이 일어나지 않는다. 별의 내부에서 철이 모이면 더 이상 핵융합 반응이 일어나지 않으므로 철 이상의 원소는 만들어지지 못한다. 더 이상의 에너지를 공급받지 못하는 별은 이 단계에서 백색 왜성으로 된다.

<사진 : 무거운 원소의 합성>