별의 종류와 특징에 대해 알아보겠습니다.
H-R diagram
H-R diagram은 별의 광도와 표면 온도 사이의 관계를 나타낸 그래프입니다. 덴마크의 천문학자 헤르츠스프룽과 미국의 천문학자 러셀이 만들었습니다. 러셀은 이 diagram을 만들어 별의 진화를 연구하였고 별 성분의 대부분이 수소라는 것을 증명하였습니다. H-R diagram의 가로축은 표면 온도를 나타내고 표면 온도에 따라 분광형이 달리 지므로 표면 온도 대신에 분광형을 쓰기도 합니다. H-R diagram의 세로축은 광도를 나타내며 광도는 별의 절대 밝기를 말합니다. 그래서 광도 대신에 절대 등급을 쓰기도 합니다. H-R diagram의 왼쪽에 있는 별일 수록 표면 온도가 높고 오른쪽에 있는 별일 수록 표면 온도가 낮습니다. H-R diagram의 위쪽에 위치한 별일 수록 광도가 크고 아래에 있는 별일 수록 광도가 작습니다.
주계열성
H-R diagram의 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 이어지는 좁은 띠 영역에 분포하는 별들입니다. 별의 약 90%가 이 주계열성에 분포합니다. H-R diagram에서 왼쪽 위에 분포할수록 표면 온도가 높고 광도가 크며 질량과 반지름도 큽니다. 태양은 표면 온도가 약 5800K이고 절대 등급이 대략 4.8 등급인 주계열성에 속합니다. 또한 태양과 비슷한 별이 주계열성에 머무는 기간은 100억 년 정도이고 태양의 현재 나이는 50억 년정도 입니다. 주계열성에는 질량이 클수록 광도가 큽니다. 그 이유는 질량이 큰 별일 수록 중심핵의 온도가 높고 수소 핵융합 반응이 일어나는 핵의 크기가 커서 단위 시간 동안 많은 양의 에너지를 만들 수 있기 때문입니다. 주계열성의 생성과정을 보면 원시별이 중심부에서 수소 핵융합 반응을 하여 주계열성으로 진화합니다. 원시별의 질량이 클수록 중력에 크게 작용하여 빠르게 수축되고 중심부의 수소 핵융합 반응을 할 수 있는 온도에 빠르게 도달하므로 주계열 단계에 도달하는 시간이 짧습니다.
적색 거성
적색 거성은 H-R diagram에서 태양의 오른쪽 위에 분포하는 별입니다. 표면 온도가 낮기 때문에 붉은색으로 보입니다. 표면 온도는 낮지만 반지름이 커서 광도가 큽니다. 주계열성보다 평균 밀도가 작습니다. 앞서 설명했던 주계열성이 적색 거성 단계로 진화하는 과정을 살펴보겠습니다. 주계열성 단계에서 중심은 수소 핵융합 반응으로 수소가 소모되고 헬륨이 형성됩니다. 중심부의 수소가 고갈되고 수소 핵융합 반응이 더 이상 진행되지 못하면 중력이 기체 압력보다 우세해서 중력 수축이 일어납니다. 중력 수축으로 인해 중심핵의 온도가 상승하고 이때 발생한 에너지가 별의 외곽으로 전달되어 중심핵 외곽의 수소 표면에서 수소 핵융합 반응이 일어나게 됩니다. 이때 별의 바깥층이 팽창하면서 광도가 증가하고 표면온도는 낮아집니다. 헬륨으로 이루어진 중심핵은 수축하면서 온도가높아져 헬륨 핵융합 반응이 일어납니다. 별의 밖깥층이 더욱 팽창하면서 광도가 증가하고 붉게 보이게 되는데, 이를 적색 거성이라고 합니다. 적색 거성의 중심부에서 헬륨 핵융합 반응이 끝나면 중심핵은 수축하고 별의 외곽은 팽창과 수축을 반복하는 불안정한 상태가 됩니다. 이 외곽 물질이 우주 공간으로 방출되어 행성상 성운이 만들어집니다.
초거성
적색 거성보다도 광도와 반지름이 더 큰 별입니다. 주계열성보다 평균 밀도가 훨씬 작습니다. 중심부에서는 헬륨보다 무거운 원소의 핵융합 반응이 일어납니다. 중심부에서는 산소, 마그네슘, 규소 마지막으로 철까지 생성되며 중심부로 갈수록 무거운 원소로 이루어진 여러 겹의 구조가 됩니다. 초거성으로 진화 단계에는 주계열 단계에 비해 초거성으로 진화하는 단계는 아주 빠르게 진행됩니다. 초거성 단계에서 머무는 기간 또한 주계열 단계에 비해 매우 짧습니다.
백색 왜성
H-R diagram에서 태양의 왼쪽 아래에 분포하는 별입니다. 표면 온도가 높아 백색으로 보입니다. 표면 온도가 높지만 반지름이 작아서 광도가 작습니다. 크기가 지구 정도로 작지만 질량은 태양과 비슷하여 평균 밀도가 태양의 약 100만 배로 매우 큽니다. 백색 왜성의 중심부는 주로 탄소와 산소로 이루어진 핵이 있으며 표면 온도가 높지만 크기가 매우 작습니다.
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