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。

最も低温なM型星

 今回はM型星について書いて行きたいと思う。

目次

1.M型星

1.1 M型星とは

 M型星は最も表面温度の低い恒星であり。表面温度は3,900 Kを下回っている。そのため、M型星は赤い恒星として観測され、明るいM型星はそれが顕著である。

 例えばオリオン座のベテルギウスは他の恒星が青い恒星ばかりなのでその赤さがより一層目立ち、同じくM型星であるアンタレスも周りの恒星が青いため、やはり赤さが目立つ。

 そして、当然M型星にも主系列星から超巨星まであるがM型所系列星は絶対等級が極めて小さいため、地球から近いものが多いにもかかわらず地球から観測できるM型主系列星は一つも無い。そのため、地球から最も近いM型星は巨星であるガクルックスとなっている。

 ちなみにM型主系列星は「ヘリウム→炭素」核融合を起こせるほどの質量が無いため唯一巨星化できない主系列星となっている。そのため、主系列星が巨星化する移行段階である準巨星の中にはM型のものは存在しない。

 また、M型主系列星は質量が非常に軽いため、寿命も極端に長くなっており、現在の宇宙の年齢を優に超すほどの長さであるため、寿命を迎えたM型主系列星は1つも存在しておらず、宇宙の年齢と同じぐらいの古いM型主系列星も太陽と比較するとはるかに若い恒星である。

 このようにM型主系列星は質量が極端に小さく、明るさも極端に小さいため目立たないものとなっているが巨星ともなると話は変わってくる。

 M型の巨星は元々は質量のそこそこある恒星が進化したものであるため、絶対等級が強く、肉眼で見える最も近いM型巨星のガクルックスは質量がプロキオンよりも軽いにもかかわらず可視光絶対等級はレグルス並みにある。

 また、M型星の中で最も質量の大きいM型超巨星は主系列星時代にはスペクトル型が早期のB型であり、更に質量の大きなものは最も高位であるO型主系列星であったほどである。そして、これらの質量の大きな主系列星が超巨星化して最終段階に達したものがM型超巨星であり、ベテルギウスやアンタレスがこのような状態となっている。

 以上のことよりM型星にも様々なものがあり、質量の小さな主系列星と質量の大きな超巨星では性質が全く異なっており、直径は数千倍、光度は数百万から場合によっては数億倍も違うこともある。

1.2 明るいG型星

 地球から肉眼で観測できるM型星は存在しないため、当然地球から見て明るいM型星は巨星, または超巨星となる。

 そして、実際に地球から見て明るいM型星はベテルギウスやアンタレスのような超巨星、ガクルックス,ミラク, つる座β星, シェアトのような巨星である。

 これらの恒星の中で超巨星である2つの恒星は地球からの距離が遠く、反対に普通の巨星である後者4つは地球からの距離が比較的近くなっている。

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 地球から見て明るいM型星の明るさと距離は上表のようになっており、絶対等級は巨星よりも超巨星のほうが圧倒的に強いものの巨星の絶対等級も主系列星と比べると数百万倍程度も明るい。

 また、この中で最も小さい恒星はガクルックスであるがそのガクルックスでさえ100光年以内では最も直径の大きな恒星であり、実を言うとリゲルよりも直径は大きい。

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 太陽(左の黄色い小さな球)とガクルックス(右の赤く巨大な球)では大きさが全く異なっており、ガクルックスは太陽よりも表面温度はかなり低いものの表面積は太陽の7,000倍ぐらいあるため、質量に大差が無くてもガクルックスのほうが圧倒的に明るい。

 そして、他のM型巨星はさらに大きく、M型超巨星ともなるとガクルックスの10倍程度の大きさがある。

 このようにM型巨星の特徴はとてつもない大きさであり、地球から見て明るいM型巨星は全てが1億㎞を超えていると言っても過言ではない。

2. 様々なM型星

2.1 主系列星

 初めにM型主系列星から書いて行きたいと思う。M型主系列星は冒頭でも書いたように最も弱い主系列星であり、それと同時に恒星界の底辺を支えている。そして、恒星は軽いものほど多いため、M型主系列星の割合は全恒星の4分の3程度と非常に大きく、2,000億個の恒星があると言われている銀河系の恒星の内、1,500億個はM型主系列星によって占められている。

 また、近辺にはM型主系列星が数多くあるがいずれの恒星も非常に暗いため、肉眼で観測することはできず、肉眼で観測できる最も暗い恒星はK型主系列星である白鳥座61番星Bとなっている。

 ちなみにかつてM型主系列星の記事を書いたことがあるため、詳細はその記事を参照していただきたいと思う。

↓ M型主系列星の記事

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2.2 巨星

 M型巨星は質量がある程度ある恒星が巨星化した姿であるため、M型主系列星とは比較にならないほどの絶対等級を有している。そして、M型巨星は地球から見ると比較的明るいものが多く、2等星のM型巨星は先ほど書いた4つの恒星が属している。

 更に3等星にもM型巨星はあり、くじら座α星, へびつかい座δ星, ふたご座μ星, エリダヌス座γ星, おおぐま座μ星, やまねこ座α星, てんびん座σ星, みずへび座γ星, ふたご座η星, ペルセウス座ρ星, おとめ座δ星と非常に多くの数のM型星が含まれている。

 

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 M型巨星の地球から見た明るさと絶対等級は上図の関係となっており、この中で最も明るい恒星はふたご座μ星(μ Gem)である。そして、M型巨星は比較的明るいものが多く、これらの恒星はほぼ全てが太陽の100倍以上の直径を有している。

2.3 輝巨星

 M型輝巨星はM型巨星よりも明るい恒星であり、地球から見て最も明るいM型輝巨星はヘルクレス座α星, ラス・アルゲティである。ラス・アルゲティはヘルクレス座の中で最も明るい恒星では無いがα星であり、最も明るい恒星はβ星のコルネフォロスである。

 しかし、ラス・アルゲティが最も明るくなる時はコルネフォロスとほぼ同じ明るさになり、反対に最も暗くなる時は4等星にまで暗くなる。

 ちなみにラス・アルゲティは普段は3等星であり、最大光度は2.78等とかなり明るくその時の絶対等級はマイナス2.43等にも及ぶ。

 また、ラス・アルゲティは非常に巨大な恒星であり、その直径は太陽の280倍程度もあり、仮に太陽の位置にラス・アルゲティを置くと地球軌道が飲み込まれるほどである(文献によって直径は大きく異なるが地球軌道よりも大きいことは確実である)。

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 上図は太陽, ガクルックス, ラス・アルゲティ, 地球軌道の大きさを示した図であり、太陽は見えないほど小さく、先ほど太陽を圧倒していたガクルックスでさえラス・アルゲティと比較するとかなり小さい。

 そして、上図はラス・アルゲティの直径を太陽の280倍としておいた図であるがラス・アルゲティの大きさは地球軌道よりも大きい。しかし、質量自体はそこまで大きく無いため、今後は白色矮星として一生を終えると考えられている。

2.4 超巨星

 M型超巨星はM型巨星や輝巨星とは違い、非常に大きな質量を有している。そのため、絶対等級もマイナス5等を超える非常に明るい恒星であり、地球からだと2つの恒星が1等星として見える。

 その2つの恒星は言うまでも無くベテルギウスとアンタレスのことであり、これらの恒星の直径はラス・アルゲティをも上回っており、更に距離もラス・アルゲティよりも遠い。

 そして、アンタレス以降はM型超巨星はなかなか出てこなくなるが4等星になるとようやくM型超巨星が出現し、その超巨星はエラキスと言うケフェウス座の恒星である。エラキスはベテルギウスやアンタレスをも圧倒する直径, 質量, 絶対等級を有しており、最も明るい時は太陽の12万倍もの可視光を放つほどであり、肉眼で観測が可能な恒星の中では3番目に可視絶対等級が強くなるほどである。

 また、平均した明るさでも絶対等級はマイナス7等を超えており、間違いなくベテルギウスやアンタレスよりも明るい恒星である。

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 M型超巨星は恒星の最期の姿であるので常に上記の光度であるわけでは無く、明るくなる時と暗くなる時がある。そのため、明るい時はこれ以上に絶対等級が強くなり、特にエラキスは最も明るい時の絶対等級はマイナス7.87等にも及ぶ。

 そして、これらの恒星は太陽の数百から千数百倍の直径を有しており、最大級の赤色超巨星(赤色極超巨星)は土星軌道よりも大きいと言われている。

 例えばアンタレスは太陽の883倍の直径があるともいわれており、この直径は木星軌道近くにまで迫っているほどである(アンタレスは明るさが変わるたびに直径も大きく変わるので正確な大きさは実質ないと言える。そのため、この大きさもあくまで参照程度として見てほしい)。

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 左から順にガクルックス, ラス・アルゲティ, アンタレスの順になっており、下中央の円は地球軌道である。

 そして、この図から分かるようにアンタレスは非常に巨大な直径を有しており、先ほど地球を圧倒していたガクルックスやラス・アルゲティでさえ小さく見えるほどである。しかし、ベテルギウスやエラキスはこれ以上に直径が大きく、超巨星の中でもとりわけ大きい赤色超巨星の大きさが良く分かる。

 このようにM型星は主系列星以外は非常に直径が大きく、この理由はM型巨星が極限まで膨張した姿だからである。

 以上、M型星についてでした。

 

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