【天体】恒星の一生

Koki

2024年9月14日 00:44

2024/9/30 更新

宇宙で輝いている星々の生涯についてまとめてみた.
なお太陽含め, 自分で光る星のことを恒星という.

※ $${M_\odot}$$ とは, 太陽質量 ($${1.9891×10^{30}}$$ kg) のことである.

1. 前主系列星Pre-Main-Sequence star

分子雲molecular cloud

まず, 宇宙において密度の大小ムラが生まれ, まとまり始める.

分子雲
(credit: 2001 European Southem Observatory)

原始星protostar

分子ガスがまとまっていって自己重力で収縮. いずれ内部の圧力で安定し, 星が生まれる.

原始星
(credit: 2004 NASA/ESA and the Hubble Heritage Team)

Tタウリ型星T Tauri star

原始星のまわりの分子ガスによる霧が晴れ, 星の光が外に届くようになった状態.

以上の初期段階の３つの星は, 水素核融合反応ではなく, 「重力エネルギーの解放」で輝いている！

2. 主系列星main sequence star

褐色矮星brown dwarf

質量が $${0.08M_\odot}$$ 以下と非常に軽い場合, 水素核融合反応できないため「恒星主系列になり損ね」た星. エネルギーが作れないため冷めていき, いずれ黒色矮星になると考えられているが, 理論上観測不可能.

主系列星

恒星が「一生のうちのほとんど」を過ごす段階. 水素核融合反応によって輝いている. 太陽もこの段階である.

Hertzsprung-Russell図 (credit; 天文学辞典. “HR図”)

赤色巨星red giant

主系列星段階の終わり. 核融合によりHeヘリウムの割合が増え, $${H_2}$$ のときよりも自己重力が大きくなるため収縮し, より高温になる. すると, 水素核融合反応がより活発になり, その大量に生じる熱から全体の温度が上昇.

その温度上昇によって星は自己重力を振り切り「膨張」する. この膨張するときに, 表面温度が低下し, 結局「赤く」見える.

漸近巨星分枝Asymptotic Giant Branch

赤色巨星の末期段階. 中心部の外層でHeヘリウムの核融合反応が起こる.

惑星状星雲planetary nebula

AGB星の後の姿. 望遠鏡で見たとき, 「緑がかった惑星」のように見えることが由来.

惑星状星雲
(credit : The Hubble Heritage Team (AURA/STScl/NASA))

3. 白色矮星white dwarf

$${0.8M_\odot}$$ から $${8M_\odot}$$ ほどの恒星の赤色巨星の後の姿. 高温 (余熱) で「白色」に輝く.

冷めていきいずれ黒色矮星になると考えられているが, 白色矮星としての質量上限 (Chandrasekharチャンドラセカール限界) を超えた場合, 超新星爆発を起こし, 超新星残骸になる.

白色矮星 (左下の点.)
(credit : NASA, ESA, H. Bond (STScl), and M. Barstow (University of Leicester))

4. 超新星爆発supernova

大質量恒星や白色矮星が起こす, 「星全体を吹き飛ばす」ほど大規模な爆発.
この爆発によって, Fe鉄より重い元素ができると言われている.

超新星爆発
(credit : NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University))

5. 中性子星neutron star

$${8M_\odot}$$ から $${40M_\odot}$$ の恒星の超新星爆発後の姿. 高密度 ($${5\times 10^{14} }$$ g/cm³) ゆえに, 原子核において陽子と電子が合わさり, 「中性子」で構成される.

なお, 中性子星の質量上限 (Tolmanトルマン-Oppenheimerオッペンハイマー-Volkoffヴォルコフ限界) を超えるとブラックホールになる.

中性子星
(credit : NASA/CXC/PSU/G.Parvlov et al.)

パルサーpulsar

中性子星のうち, 強磁場をもち, 高速で自転するもの.

パルサー
(credit : NASA/CXC/PSU/G.Pavlov et al.)

マグネターmagnetar

パルサーのうち, 特に磁場が強く, X線やガンマ線を大量に放出するもの.

6. ブラックホールBlack Hole

$${40M_\odot}$$ 以上の恒星の超新星爆発後の姿. 事象の地平面内からは光ですら「脱出不可能」.

ブラックホール (credit : 2022 Event Horizon Telescope)

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