DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

恒星の大半は赤い星? 赤い星は実は高齢ではなかった

最近物理系の記事ばっかり書いていたので今日は趣味である天文系の記事について書きたいと思います。

まあ、物理系も相当好きですが... 得意とは言っていない

 

1. 赤い星や青い星はどのような星か?

前にも書いたように赤い光は可視光線の中で最もエネルギーが低いものであり、低温(まあ、相当高温だが)の物体から赤い光が放たれます。

逆に青い光は非常に高温な物体から放たれます。

この法則は当然恒星でも言え、低温の恒星からは赤い光が、高温の恒星からは青い光が放たれます。

実際に4500 K以下の恒星は赤く見え7500 K以上の星は青く見えると考えてよいです。

そして、理科の図鑑などでは赤い星は高齢の星で青い星は若い星だと紹介されています。

しかし、これは実は大きな誤りであり、赤い星でも若い星はあり、青い星でも超高齢の星は存在します。

確かに質量の重い星は生まれた時は超高温の恒星として生まれ、年を取ると巨大化することで低温化して赤く見えるようになり、やがて超新星爆発を起こします。

おそらく大質量星の進化(老化?)の段階での色を見てそう書かれているだけであり、恒星全般で見ると実はそうではないのです。

このことについて順を追って説明していきたいと思います。

 

 

 

2. 中~大質量星の過程

 夜空に見える赤い星は実をいうと全てが高齢の星と言っても過言ではありません。

先ほど赤い星は必ずしも高齢ではないと書きましたが肉眼でまともに見える赤い恒星は全てが高齢と言え、その理由は赤い光の星は高齢のものしか見えないからです。

赤い光だと単位面積当たりのエネルギーが弱く、青い光よりも出す光の量はずっと小さくなります。

しかし、高齢の恒星は表面積が太陽の数千~数百万倍もあるので単位面積当たりのエネルギー量が小さくても面積で十分補えているために非常に明るく見えます。

赤い星の代表的な例としてはさそり座のアンタレスとオリオン座のベテルギウスがあります。

いずれも絶対等級(可視光)がマイナス5等を超える超巨星であり、間もなく超新星が起こると言われているほど高齢な恒星です。

では、これらの恒星はもともとどのような姿をしていたかと言いますと表面温度が30,000度近くあった太陽の数倍程度の直径しか持たないコンパクトな恒星だったのです。

このように巨大化した原因は恒星の老化であり、もともと中心核では水素→ヘリウムの核融合が進行していたが核融合を続けることにより、水素が枯渇することでヘリウム→炭素の核融合に移り、巨星化しました。

太陽の場合だと炭素、酸素で核融合は停止するがアンタレスクラスの質量だと更に核融合が進行し、ネオン,マグネシウム,ケイ素の段階に進行し、更に超新星寸前の状態にもなると鉄まで進行します。

これに伴い恒星が巨大化し、表面温度がどんどん下がっていきました。

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このように大質量星は低質量星とは異なり、超巨星化することで更に大きい原子を中心核で生成し、鉄まで段階が進むとこれ以上新たな原子を生成することができなくなり、やがて超新星爆発が起こります。

そして超新星爆発時に鉄以上の原子番号の原子が生成します。

 

これだけ見るとやっぱり赤い星は高齢に見えますがあくまで高齢なのは(超)巨星であり、赤い恒星が高齢なわけではありません。

 

 

 

3. 主系列星

先ほどは巨星について書きましたが今度は主系列星について書いていきたいと思います。

主系列星は中心核で水素→ヘリウムの核融合を起こしている若い星のことであり、太陽も主系列星です。

そして、質量が小さければ小さいほど主系列星にとどまっている期間は長く、太陽は109億年もの間主系列星にいると考えられています。

主系列星は質量が大きいものほど表面温度が高くなり、小さいほど低くなります。

ここで気づいた方は多いと思いますが低質量の主系列星は赤いのではないかということです。

実はその通りであり、質量の小さい主系列星はアンタレスのように赤く、しかも寿命が極めて長いために太陽よりもずっと若いのです。

太陽近辺の恒星は低質量主系列星であり、太陽系とわずか5.96光年しか離れていないバーナード星という恒星は質量が大変軽く、太陽の0.15倍程度しかないために寿命が数兆年と極めて長いです。

バーナード星の年齢は100億年と推測されていますが寿命の関係上極めて若い星と言えます。

そして、バーナード星以外にも最も低温であるM型主系列星(太陽はG型主系列星)は全主系列星76%も占めており、恒星の4分の3以上は若くて小さい赤い星だと言え、赤い星は全天で最もポピュラーであるかつ非常に若い星だということです。

では、何故赤い星が高齢であると書かれるかと言いますとこれらM型主系列星は極めて暗く、地球から肉眼で見えるものが1つもなく、見える赤い星は全てが高齢の巨星、超巨星だからであります。

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4. 逆に青い星は?

ここまでは赤い星について書きましたが次は青い星について書いていきたいと思います。

主系列星での青い星は確かに若いですが超巨星ともなると表面が青くても若いとは言えません。

例を挙げるとするとオリオン座のリゲルです。

リゲルの表面温度は11,500 K程度と太陽の二倍程度ありますがリゲルの年齢は決して若くは無く、むしろ相当年がいっています。

リゲルはアンタレスよりも大質量であり、主系列星の時には30,000 Kを超えるような恒星でした。

そして、現在のリゲルの段階は赤色超巨星に向かっている段階であり、例えるなら主系列星と赤色超巨星の中間とも言えます。まあ、実際には赤色超巨星のほうにかなり寄ってはいるが...

リゲルの寿命はあと100万年程であると考えられ、その時になると太陽の1,000倍程度(現在は78倍)の赤色超巨星になり、やがて超新星を起こすと思われます。

そして、現在のリゲルの年齢は800万再程度で太陽よりも絶対的には若いが相対的には年を取っており、リゲルは青い星だが決して若くはないと言えます。

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また、リゲルの質量をさらに上回ると恒星の中心部だけが残ったウォルフ・ライエ星と言う恒星やLBVと言う異常な光度を放つ恒星に進化をし、超新星を起こします。

これらの恒星は異常に表面温度が高く、青色光を放っているが非常に高齢であり、今にも寿命が尽きそうな恒星であります。

 

 

 

要するに恒星が高齢かどうかは巨星であるかどうかであり、表面温度ではないということです。