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。

巨大な恒星の直径 地球軌道よりも大きいものも

今回は恒星の直径について書いて行きたいと思う。

恒星には大小さまざまなものがあり、小さいものは惑星程度しかないものの巨大なものとなると土星軌道に迫るものさえもある。

 

1. 太陽の直径

恒星と言えば夜空に輝いているイメージがあるが昼をもたらす太陽も恒星である。

そして、太陽は地球から見える恒星の中で唯一詳細な画像や直径などのデータが正確にわかっている。

では、ここからは太陽の直径と他の惑星の直径について書いて行きたいと思う。

 

太陽の直径は1,392,000kmと地球と比較しても非常に大きく、光速でも太陽の端から端まで進むのには4.6~4.7秒ほどもかかる。

また、太陽の直径は地球の約109倍もあり、更に太陽系の中で最も大きな惑星である木星の直径の10倍近くもあり、太陽がいかに巨大であるかが分かる。

では、太陽と他の惑星の比較図について書いて行きたいと思う。

f:id:DS930810:20180129110023j:plain

このように太陽の直径は極めて大きく、画像中央にある木星でさえ非常に小さく、画像左側にある地球に至っては豆粒程度の大きさしか無く、更に太陽系の質量の内、太陽の質量は99.9%も占めているために太陽系は太陽だけでほぼ成り立っていると言っても過言ではない。

けれども太陽系の中の惑星で地球には現在観測されている惑星の中では唯一生命体が生息していることが確認されており、太陽だけでは太陽系は成り立たないことが分かる。

ここまで書くと太陽が宇宙で最も大きな恒星のようにも思えるが夜空に輝いている恒星の大半は太陽よりも大きく、逆に太陽のほうが豆粒のようにも感じられてしまうものも多い。

では、ここからは太陽以外の恒星について書いて行きたいと思う。

 

 

 

2. 太陽よりも小さな恒星

夜空に輝いている恒星の大半は太陽よりも大きいが恒星全体で見ると太陽の直径は大きいほうであり、実は大半の恒星の直径は太陽よりも小さく、数十万キロ程度のサイズのものも多い。

例えば太陽系から最も近い恒星であるプロキシマケンタウリの直径は196,272kmほどと木星と大差が無く、20光年程度離れた所にあるグリーゼ581の直径は403,680km、肉眼で観測できる恒星の中で3番目に近い恒星のエリダヌス座ε星は1,023120kmほどである。

 

では、これらの恒星の大きさを図で表していきたいと思う。

f:id:DS930810:20180129111500j:plain

このように惑星と比較するとかなり直径は大きくなっているがどの恒星も太陽よりも直径が小さく、エリダヌス座ε星の直径は100万キロをかろうじで上回っているがグリーゼ581などの恒星は100万キロの半分も無い。

ちなみにこれらの恒星の直径は確かに太陽と比較すると非常に小さいが地球と比較するとやはり比べ物にならないほど大きく、グリーゼ581程度の恒星でも地球-月間の距離よりも直径は大きい。

f:id:DS930810:20180129112133j:plain

このようにいくら小さな恒星と言っても地球と比較すると圧倒的に大きく、直径は地球の31.6倍、質量では地球の10万倍を若干超えるぐらいにはある。

以上のことより恒星の大きさにはある程度の下限があり、木星サイズのものは一応存在するものの地球サイズのものとなってくると一切存在せず、ここまで小さなものとなると白色矮星程度となる。

 

 

 

3. 太陽よりも大きな恒星

ここまでは太陽よりも小さな恒星について書いてきたが今度は太陽よりも大きな恒星について書いて行きたいと思う。

太陽は現在主系列星であるので太陽よりも質量の大きな恒星は全て太陽よりも直径が大きいと言っても過言ではなく、巨星化が進んでいるものであると尚更である。

主系列星とは太陽のように中心核で水素の核融合を行っている若くて安定な恒星であり、このタイプの恒星は質量が大きくなればなるほど表面温度と直径が大きくなる傾向があり、例えばシリウスのように太陽よりも質量の大きな主系列星だと直径は1.68倍、表面温度は1.71倍ほどもある。

また、先ほど書いた太陽よりも小さな恒星も全て主系列星であり、いずれの恒星も太陽よりも表面温度が低い。

そして、巨星は主系列星とは違い中心核で水素核融合を行ってはおらず、中心核ではヘリウムの塊となっているためその外層部で核融合反応を行っている、または水素以上の原子核の核融合を行っているもので、主系列星時代と比較すると直径も光度もかなり上回っている。

 

ここまでは主系列星と巨星の違いについて書いてきたが初めに太陽よりも大きな主系列星について書いて行きたいと思う。

 

3.1 太陽よりも大きい主系列星

太陽の表面温度は5,778 K程度と恒星の中ではそこまで高くなく、太陽よりも表面温度が高い恒星はいくつもある。

例えばおおいぬ座のシリウスの表面温度は9,900 K、しし座のレグルスの表面温度は13,500 K、いて座のヌンキに至っては22,000 Kもある。

勿論これらの恒星は全て主系列星であるが質量は太陽と比較しても大きく、シリウスは2倍、レグルスは3.8倍、ヌンキは7.8倍とかなり大きく、直径も太陽と比較するとかなり大きなものとなっている。

f:id:DS930810:20180129114330j:plain

※左から太陽-シリウス-レグルス-ヌンキであり、レグルスの形状が楕円形となっている理由はレグルスが高速自転をしているからであり、ヌンキも高速自転をしているので多少は楕円形となっていると思われるがここでは円形として書いている。

 

このようにヌンキほど質量が大きくなると直径も太陽よりもかなり大きなものとなり、大体700万キロほどもある。

また、絶対等級も太陽よりも大きく、シリウスは太陽の23倍程度しか明るくないがレグルスは138倍、ヌンキは614倍とかなり明るく、しかもレグルスやヌンキは表面温度が高いので総エネルギーともなると更に大きくなる。

 

 

3.2 巨星

ここからは巨星について書いて行きたいと思う。

巨星は先ほども書いたように主系列星が高齢化したもので、直径は質量と比較すると非常に大きなものとなっている。

また、巨星と一括りにしているが年齢も様々なものがあり、質量の小さな赤色巨星の直径が質量の大きな青色巨星の直径を上回っていることも多く、例えば太陽と質量が大差のないアルクトゥルスの直径は若く、質量の大きな巨星であるスピカよりも大きい。

けれども絶対等級の面ではスピカのほうが圧倒的に強く、アルクトゥルスの絶対等級がたがたがマイナス0.30等程度に対してスピカの絶対等級はマイナス3.45等程度もあり、更に表面温度もかなり高いので総合的な絶対等級だとマイナス5等をも上回っている。

このことより、直径が大きい=明るいのではなく、どちらかというと表面温度に大きく依存している。

まあ、直径が極端に大きな恒星は絶対等級も極端に大きくなるのだが...

f:id:DS930810:20180129115704j:plain

このようにスピカ(画像中央)の直径は太陽と比較すると大きいが太陽と質量が大差のないアルクトゥルスと比較するとかなり小さい。

けれども質量はスピカのほうが圧倒的に大きく、スピカがアルクトゥルスと同じ表面温度になった時の直径は太陽の数百倍程度となり、反対にアルクトゥルスが相対的に非常に小さいものとなる。

 

 

 

3.3 超巨星

最後に超巨星について書いて行きたいと思う。

超巨星は巨星を更に過激にした恒星のことであり、絶対等級も巨星とは比較にならないほど明るくなる。

そして、巨星の中には太陽よりも表面温度が高いにもかかわらず直径がアルクトゥルスを圧倒的に凌ぐものさえもあり、これらの恒星の絶対等級はマイナス5等を可視光だけで超えることも珍しくはなく、中にはマイナス7等を超えることさえもある。

これらの恒星で有名なものとしてはカノープス, リゲル, デネブなどであり、いずれも絶対等級はマイナス5等を可視光だけで超えており、リゲルやデネブに至ってはマイナス7等程度もあり、直径の面で言っても1億キロメートルを超えている。

f:id:DS930810:20180129120858j:plain

左から太陽(見づらいが小さな黄色の点)-カノープス-リゲル-デネブである。

これらの恒星の表面温度は太陽よりも高いが直径は太陽とは比較にならないほど大きいのでエネルギー量も太陽の数万倍から十数万倍程度もある。

 

また、これらの恒星が更に高齢化したら赤色超巨星と言われる形態となり、アンタレスやベテルギウス、ケフェウス座のエラキスは10億キロメートルをも超えるほどであり、火星軌道よりも大きくなっており、先ほどの超巨星と比較しても極めて大きい。

そして、この中でも特に明るいエラキスは可視光だけでも絶対等級がマイナス7等を超えており、質量はデネブと同等であるのでデネブの数十万年後の姿と考えられている。

f:id:DS930810:20180129121721j:plain

このようにデネブですら圧倒的に巨大ではあるが更に高齢化すると木星軌道をも超えるほどの巨体となり、このような恒星の寿命は1,000万年すら持たないとされている。

ちなみに質量面で見ると太陽の19倍しか無く、確かに恒星としては最も大きな部類には入るが直径と比較すると無いに等しいほど小さく、実際に外層部の密度は真空に極めて近いものとなっている。

けれども中心核の密度は太陽よりも更に大きくなっており、エラキスの中心核の密度はデネブよりも大きくなっている。

以上のことより超巨星は直径は極めて大きいが質量は直径と比較すると無いに等しく、実質中心核がどのようになっているかが恒星の状態を決めていると言っても過言ではない。

 

 

 

以上、恒星の直径についてでした。