赤色巨星を語る。

赤色巨星とは

主系列星の原動力は核融合反応である。
核融合反応とは、燃料の水素がヘリウムに変換されるときに解放されるエネルギーによって、主系列星は輝くのだ。
もっとも、核融合反応は燃焼反応ではない。
燃料という表現は正しくないが、イメージを掴みやすくするためにあえて「燃料」と表現する。

水素が燃料なら、反応後のヘリウムは「燃えカス」に相当する。

星は自重で収縮しようとするが、同時に核融合反応により膨張しようとする。
この二つがバランスするので、星のサイズは安定するのである。

核融合反応で生じた燃えカスのヘリウムは、中心部に少しずつ溜まっていく。
長い年月の後には、主系列星の中心部にはヘリウムの中心核ができあがる。
ヘリウムの中心核は核融合反応を起こさない。

ヘリウムの中心核の周囲では、依然として水素が核融合反応を続けていく。
当初は、恒星の中心で起こっていた核融合反応であるが、中心にはヘリウムの中心核が居座ってしまった。
そのため、核融合反応を起こすエリアはその周囲に移ったのだ。

核融合反応を起こすエリアが外側にシフトしたということは、恒星を膨張させようとする勢いが強まり、恒星が自重で収縮しようとする勢いを上回ることを意味する。
このため、恒星は膨張を開始する。

膨張すれば恒星の表面積が増大する。
恒星表面の単位面積あたりのエネルギーが小さくなるので、温度は下がる。
温度が低いと、放射される光の波長は長くなる。
つまり赤くなるのだ。

この状態の恒星を赤色巨星という。
サイズが大きく、色が赤いからだ。

ハッブル望遠鏡による赤色巨星ミラのアップ
出展：NASA:Hubble Site

ヘリウムの中心核も自重で収縮すると、やがて核融合反応を起こすに至る。
燃えカスであるヘリウムが、今度は燃料となって炭素、酸素に変換されるのだ。
炭素、酸素の中心核ができると、ヘリウムによる核融合反応のエリアは外側へとシフトする。
このため、恒星はさらに膨張する。

さらに質量が大きな星では、炭素・酸素の中心核でも核融合反応を起こせるため、もっと重い元素が中心に溜まっていく。
質量の巨大な星は、これを繰り返し、最終的には鉄の中心核ができあがる。
鉄はもう核融合反応は起こさない。

赤色巨星はサイズが大きいため、外層部は重力による束縛が弱い。
そのため、赤色巨星は外側からわずかずつガスを失っていく。
ガスは球殻状に宇宙空間を広がっていく。
これが惑星状星雲だ。

ガスをすべて失ってしまうと、中心核がムキ出しになる。
これが白色矮星だ。
白色矮星は核融合反応を終えた星であり、余熱のみで輝いている。

恒星の元々の質量が大きいと、重力崩壊よって超新星爆発を起こす。
このとき中心に残る星が中性子星となる。
さらに巨大な質量の恒星では、中性子星ではなくブラックホールが残る。

HR図を見ると、赤色巨星は右上(②の場所)にプロットされる。
この場所は「低温だが、明るい星」を表している。

主系列星は「高温ほど明るい」のが常識だ。
ところが、赤色巨星は「低温なのに明るい」のである。

「温度が低いと光を放つ量も少ない」のに明るいということは、その星の「表面積が広い」ということを示している。少ない光を広い面積でカバーするからだ。

「表面積が広い」とは、その星が大きいということである。
赤色巨星は非常に大きい。
例えば、ベテルギウスの直径は太陽の約650倍もある。

赤色巨星のうち、質量が太陽の10倍以上、直径が太陽の数百倍以上の星を赤色超巨星という。

アルデバランはおうし座のα星である。
すでに水素の核融合を終え、ヘリウムによる核融合が始まった赤色巨星である。
アルデバランは、13.5等級の赤色矮星を伴星とする二重星でもある。
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アンタレスはさそり座のα星である。
ギリシア語で「火星に対抗するもの」という意味がある。
アンタレスの直径は太陽の600倍以上もある。
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ベテルギウスはオリオン座のα星である。
ベテルギウスは脈動変光星であるため、リゲルより明るくなるのは、極大期前後の期間に限られている。
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ラス・アルゲティは、ヘルクレス座のα星である。
5.4等の伴星を持つ。

ケフェウス座μ星をガーネット・スターという。

2007/05/09
2008/01/30