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科学概論 2005年1月20日 酒居敬一([email protected]) http://www.info.kochi-tech.ac.jp/k1sakai/Lecture/N2004/ 星の誕生と終末 星の一生は、その星の質量に左右される 体積：太陽の数百倍～数十分の１ 密度： • 赤色巨星は約10万分の１グラム • 太陽は１cm3あたり1.41グラム • 超高温であるいっぽうで超高圧なため水より密度が高い • 白色矮星は10～100トン • 電子の縮退圧で支えられている • 中性子星は5億トン • 中性子の縮退圧で支えられている • これを超える圧力がかかると重力崩壊を起こす 星の明るさと温度 星の実際の明るさ=絶対等級 星が地球から32.6光年にあるときの「明るさ」 32.6光年＝10パーセク 表面温度の高い星は青白く、低い星は赤く見える さそり座の１等星アンタレスは赤っぽく • 表面温度が3000度付近 こいぬ座の１等星シリウスは青白っぽく • 表面温度が2万度くらい スペクトルを調べれば表面温度が推定できる ヘルツシュプルング・ラッセル（HR）図 縦軸に絶対等級、横軸にスペクトル型 （表面温度）をとった恒星の分布図 デンマークのEjnar Hertzsprung アメリカのHenry Norris Russell により 独立に提案 [JAXAのページより] 恒星の一生におけるHR図上 での移動 星雲から原始星が誕生する。原始星は表面温度は 低いが直径が主系列星よりも大きいので絶対等級 は明るく、HR図上では主系列の上方、赤色巨星の 下部に位置する。 中心核の温度が上昇し、核融合反応が始まると星 は原始星から主系列星となり、その質量に応じた主 系列上の位置に移動する。 質量が大きい星ほど核融合反応が激しく、表面温 度が高く絶対等級も明るくなるから主系列の左上の 方に位置する 主系列上に位置する時間の長さは恒星の質量によ る。質量が大きい星ほど核融合反応が激しく進行 するので水素の枯渇が早く主系列上に位置する時 間が短い。 原始星 重力による収縮で輝き始める 中心温度が1000万度を超えると核融合する • 0.08太陽質量が限界 主系列星 中心で核融合が安定して進行している星 巨星 中心の水素が減少し、老年期に入った星 重い星の場合は、鉄までが核融合される • 鉄は原子核の核子1個あたりの質量が最小 • 鉄は質量欠損が最大ともいう 矮星(主に白色矮星) 核融合が停止して一生を終える星 [Astronomy Magazine Nov. 2004] [Astronomy Magazine Nov. 2004] [Astronomy Magazine Nov. 2004] 軽い星の最期 0.46太陽質量以下 ヘリウムの核融合を起こせない 赤色巨星となりある程度のガスを放出 ヘリウム型の白色矮星となる 4から0.46太陽質量 ヘリウムの核融合が始まる(1億5000万度) • 炭素・窒素・酸素までの核融合がすすむ • それ以上は核融合しない 赤色巨星になってガスを放出(惑星状星雲) 白色矮星となって一生を終える [Astronomy Magazine Nov. 2004] 重い星の最期 ４～８太陽質量の星 炭素どうしの核融合がすすむ(約0.1秒間) その後、超新星爆発を起こし何も残らない ８太陽質量以上の星 炭素どうしの核融合の後でも崩壊しない 引き続き鉄までの核融合が進行する 鉄の芯が大きくなってくると、鉄が光分解する • 吸熱反応である • 急激に圧力がさがる。爆縮をおこす。 超新星爆発を引き起こし中性子星が残る [Astronomy Magazine Nov. 2004] 超新星爆発 爆縮の衝撃波により外層を急激に放出 爆縮のときウランなどが生成される 超新星爆発の後に残された中心核が太陽 質量の3倍以上あると中性子星の段階を過 ぎ、ブラックホールになる 放出されたガスは超新星残骸と呼ばれる Super Nova Remnant 白鳥座の網状星雲 おうし座のかに星雲 中性子星 陽子と電子が結合した状態の中性子星とな り周期的な電波を出します 半径で10km程の中性子星が毎秒数万から 数十回も高速自転しながら周期的な電波を 発している パルサーと呼ばれる 角運動量が保存されるため、高速回転する 現在まで500以上のパルサーが発見 [Astronomy Magazine Nov. 2004] チャンドラセカールの限界 1930年代、インドのチャンドラセカール 白色矮星の上限の質量を決めた 白色矮星内の縮退電子圧が支える圧力は太 陽質量の1.4倍までであるとした すなわち赤色巨星となった老年期の星達も外 層を放出し、残った中心核が太陽質量の1.4 倍以下の星が白色矮星となるのです 星の進化のプロセスで太陽の4倍位の星まで がチャンドラセカールの限界に入り白色矮星 となる