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星コラム「赤色巨星について」

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(C)NSAS?NGC2266

🌟太陽のような中程度の質量の星では、核で燃えていた水素がなくなると、特性

が変わり、赤色巨星へと変化してゆきます。

そんな赤色巨星についてまとめてみました。

赤色巨星とは

太陽のような星が主系列星の状態にあるときに、定常的に中心核で、水素を核融合

してヘリウムに変えています。中心核の全ての水素を使い切ると、星内部の収縮と

崩壊が始まります。密度が高まり、温度が上昇します。

この熱で、中心核の外側にある水素までも熱せれられ、また核融合が始まります。

依然として高温の中心核の熱によって、外層部の核融合が加速し、星は輝きを増し

ます、そうして赤色巨星へと膨張を始めることになるのです。

外層の変化

赤色巨星が巨大になるのは、次第に増えるエネルギー出力によって、内部のガスが

外向きの圧力が増すからです。エネルギー出力γは1000倍になると、表面積はそれ

以上に大きくなりますが、平均表面温度は下がります。

外層のガスは非常に広がるので、表面は発散し、輪郭がぼやけます。赤色巨星はと

きに大きな黒点(磁場によってできる低温で、暗い領域)や、暑い部室が内部から湧

き出るスポットを作ることがあります。

赤色巨星の表面のこうした部分が、地球に向くと明るさが変化します。このような

変化を利用して、自転周期を計算したりします。

(C)NASA/Mira

中心核内で起きている変化

赤色巨星は、水素燃焼殻での核融合反応によって、エネルギーを放出して、殻は

ゆっくりと外側へ移ってゆきます。それに伴って、中心核もゆっくりと崩壊してゆ

き、より高密度で高温になります。

中心核の中心密度が、十分に高くなると、ヘリウム原子核が、核融合反応を開始し

ます。これが星の新たな燃焼となります。ヘリウムの核融合反応では、2個あるい

はそれ以上の原子核が合体し、もっと重い元素を生み出します。

主にベリリウム、炭素、酸素、ネオンが生まれます。この反応は、急速に中心核全

体に広がって、ヘリウムフラッシュと呼ばれています。ヘリウムフラッシュの後

に、星は光を失い小さくなりますが、もっと熱くなります。これは中心核から生じ

る新たな放射が原因です。

放射によって、水素燃焼殻が膨張し冷えて、この部分での核融合反応が抑制されま

す。すると星全体の硬度が落ちます。星の一生でこの時期は、漸近巨星として知ら

れています。

不安定な巨星

赤色巨星は、進化の最終段階で、それまでにも増して不安定になります、中心核内

のヘリウムは量が限られていて、ほとんどの星では、ヘリウム融合の期間は比較的

短めです。

中心核内でヘリウムがなくなると、核融合反応は、薄いヘリウム殻へと移動して、

核は再び、崩壊を始めます。この時、ヘリウム殻では、水素の燃焼でできたヘリ

ウムが燃料になります。星は再び光度を増して大きくなります。

ですが温度に敏感な、2種類の核融合反応によって、左右されるために、大きさも

明るさも脈動する傾向があります。やがて、膨張するにつれて、外層は惑星状星雲

となり、中心部はついに崩壊して、白色矮星となります。

赤色巨星の進化

1 燃え尽きた中心核 主系列星の末期には、中心核の水素が燃え尽きます。そして内部の層が熱い核に向かって崩壊を始めます。
2 殻部の燃焼が始まる 中心核を取り巻く水素の殻部があつく密度が高くなり、殻部で核融合が始まり、一方で中心核は自らの重力でゆっくり崩壊します。この時密度は高く、熱くなります。
3 大きく明るくなる 中心核から熱で殻部での核融合反応が加速され、星全体の光度が増します。外向きの圧力で星は膨張し、表面温度は下がります。
4 ヘリウムフラッシュ 中心核は、ヘリウムが核融合反応を始めるのに十分な密度と温度に達します。中心核からの圧力で水素殻は拡大し、反応速度は落ちてゆきます。そのため星は暗く小さくなります。
5 燃え尽きる前の輝き 中核部のヘリウムが燃え尽きると、核融合反応はヘリウム燃焼殻へと移動します。ヘリウム核は水素殻の後を辿ります。核融合をする核は高温になり、星は明るくなって膨張し、不安定になります。

まとめ

🌟赤色巨星についてまとめました。

太陽のような中程度の質量の星では、核で燃えていた水素がなくなると、特性

が変わり、赤色巨星へと変化してゆきます。ということはいづれ辿る太陽の道と

いうことでもあるので、知っておいてもいいですね。

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