II형 초신성
초신성의 분류 / From Wikipedia, the free encyclopedia
II형 초신성(영어: Type II supernova)은 무거운 별의 급격한 붕괴와 격렬한 폭발의 결과이다. 이와 같은 유형의 폭발을 겪는 별은 태양의 질량보다 최소한 9배 이상, 45배 이하이다.[1] 이러한 유형의 초신성은 스펙트럼 내의 수소의 존재로 인해 다른 유형의 초신성과 구별된다. II형 초신성은 주로 나선은하의 나선팔과 H II 영역에서 관측되며, 타원은하에서는 발견되지 않는다.
별들은 원소의 핵융합을 통해 에너지를 생성한다. 태양과 달리, 무거운 별들은 수소와 헬륨보다 큰 원자량을 가지는 원소를 융합할 수 있을 만큼의 질량을 가지지만 온도와 내부의 압력이 크게 높아지면서 수명이 급격하게 짧아진다. 그러한 원소들의 핵융합 반응에 의해 생성된 에너지 및 전자의 축퇴압은 중력에 대항하여 별을 붕괴로부터 막고 별의 평형을 유지하는 역할을 한다. 별은 수소에서 시작하여 헬륨을 만들고 점차 더 큰 원소를 합성한다. 그러한 주기율표 상에서의 전진은 철과 니켈이 만들어질 때까지 진행된다. 철 또는 니켈의 융합을 통해서는 에너지가 생산되지 않기 때문에 그 이상의 융합이 일어나지 않아 니켈-철로 이루어진 중심핵은 비활성화가 된다. 그에 따라 별의 외향 압력을 작용하도록 하는 에너지 방출이 부족해지면서, 별의 평형은 무너지게 되며 중심핵은 주변의 껍질에 의해 짓눌려 수축하게 된다.
밀집된 비활성 중심핵의 질량이 약 1.4 M☉에 달하는 찬드라세카르 한계에 이르게 되면 전자축퇴가 더이상 중력에 의한 압축을 대항할 수 없게 된다. 그 결과 중심핵에서 수 초 이내로 격변적인 내파가 일어난다. 중심핵 안쪽이 내파되어 안쪽으로부터 지지를 받을 수 없게 된 중심핵 바깥쪽은 중력에 의해 안쪽으로 붕괴하여 광속의 23%에 이를 만큼 가속된다. 갑작스러운 압축으로 중심핵 안쪽은 1,000억 켈빈까지 가열된다. 10초 동안의 폭발로 역베타붕괴를 통해 중성자와 중성미자가 형성되며 약 1046 줄(100 포에)의 에너지가 방출된다. 중심핵 안쪽의 붕괴는 중성자축퇴에 의해 멈추게 되면서 그 반동으로 내파가 외부로 튀게 된다. 여기서 이 팽창 충격파에 의한 에너지는 중심핵을 덮고 있는 껍질을 그에 대한 탈출 속도로 가속하여 날려버리기에 충분하여 초신성 폭발을 일으킨다. 충격파와 극단적으로 높은 온도 및 압력은 빠르게 소강되지만 철보다 무거운 원소의 합성이 이루어질 만큼의 시간은 존재한다.[2] 중심핵의 잔해는 별의 초기 크기에 따라서 중성자별이나 블랙홀을 형성하게 된다. 이런 유형의 초신성은 그 근본적인 기작으로 때문에 중심핵붕괴 초신성(core-collapse supernova)으로 표현되기도 한다.
II형 초신성 폭발은 폭발 이후 시간에 따른 광도의 변화를 보여주는 광도 곡선에 따라 세부적으로 분류된다. II-L형 초신성은 폭발 후 광도 곡선에서 일정한(선형적인) 감소를 보여주는데, 그에 비해 II-P형 초신성은 일반 붕괴 이후 완만 평탄한(플래토적) 감소를 보여준다. Ib형 및 Ic형 초신성은 수소와 (Ic형의 경우)헬륨으로 이루어진 외피층을 날려버린 무거운 별이 일으키는 중심핵붕괴 초신성이다. 이들이 폭발한 결과, 초신성에는 외피층 원소의 스펙트럼이 나타나지 않는다.