일반지구과학 및 실습

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일반지구과학 및 실습 II

6 주 차 별 의 일 생

별 의 일 생

• 별들의 분류

• 별의 일생을 이해하기 위한 관측적 시도

• 별들을 분류로 별의 진화 추측해보기

• 별의 진화

• 별들은 시간에 따라 어떤 변화를 하는가?

• 질량이 작은 별들의 진화

• 질량이 큰 별들의 진화

• 별의 일생 한눈에 정리하기

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1. 별들의 분류

별의 진화에 대한 정보를 제공하는 관측적 사실들은

무엇일까?

별 의 분 류

• 키르히호프 & 분젠 (1850년 대)

• 분광학을 발견

• 19세기 말 많은 별들의 스펙트럼이 새로 고안된 사진측광기법으로 관측

• 별들의 색깔과 스펙트럼에 대한 세부적인 사실들이 밝혀졌다

• 분류법의 필요성이 대두!

하 버 드 의 여 성 천 문 학 자 들

• HCO(Harvard College

Observatory)는 항성천문학의

첨단연구를 했던 천문대들 중 하나

• 당시 Pickering대장이 많은 여성 인력들을 고용

• 이들은 반복적인 계산을 하는 컴퓨터 역할을 수행

H e n r y D r a p e r M e m o r i a l P r o j e c t

• 1886년 Pickering이 시작한 대형 프로젝트

• 수천개의 별스펙트럼을 분류하는 작업

• 각 사진건판에 수백개의 스펙트럼이 담겨있다

• 쉽게 사용될 수 있으며 이론 천문학자들이 자유롭게 활용할 수 있는 도구를 만들고 싶었다

플 레 밍 분 류

• Williamina Fleming

• 10,498개의 별 스펙트럼을 22개의 경험적 체계로 분류

• Hα선세기가 약해지는 순서로 정리

• 가장 강한 Hα선을 지닌 별은 A이고 그다음이 B형별 그리고 Q형 별까지 분류

캐 논 분 류

• Annie Jump Cannon

• 온도의 순으로 재 정리

• 분광분류를 7개로 줄임

캐 논 분 류

• Annie Jump Cannon

• 25만개 넘는 별들의 분광분류를 완성

• 하나의 사진건판에 수백개의 별 스펙트럼이 관측된 자료를 정리

분 광 분 류

• Oh Be A Fine Girl, Kiss Me!

• 각 분광형은 10개의 하위부류로 나뉜다: F0, F1, . . . F9

• F0형 별이 F9별보다 더 뜨겁다

• 분광형에 따라 스펙트럼이 매끄럽게 변한다

모든 별의 분광형을 대표해 주고

있다!

가 까 이 에 있 는 별 들 의 분 광 형

• 3pc 내외 까지이 별들의 스펙트럼이 거의 모두

빨강색

태 양 근 처 에 놓 인 별 들

• 태양에서 20pc 내에 있는 별들의 분광형 분포

• 70% 이상이 K형과 M형이다

분 광 형 이 다 른 이 유

• 초기에는 분광형이 달라지는 현상은 급격하게 변하는 화학적 성분비를 반영하고 있다고 여겨졌다

• Cecilia Payne (1920)

• 분광형의 차이는 전적으로 별의 온도때문에 생겨나는 현상임을 밝힘

별 의 온 도 와 분 광 형

• 별의 온도가 증가하면서 원자내에 있는 전자가 이온화된다

• 원자 내 전자가 제거되고 나면 더 이상 분광선을 만들어낼 수 없다

• 어떤 원자는 다른 원자보다 전자를 더 강하게 붙잡아 둘 수 있다

• 서로 다른 분광선이 나타나고, 온도가 증가하면서 사라지게 된다

별의

스펙트럼형태를 관측하여 별으

온도가

추정되어질 수 있다!

별 의 화 학 적 성 분 비

• 별의 화학적 성분비도 추정가능하다

• 대부분의 별들은 거의 비슷한 화학적 성분비를 지니고 있다

• 별은 약 90%의 수소, 약 10%의 헬륨 그리고 아주 작은 양의 중원소로 구성되어 있다

천 문 학 자 주 기 율 표

• 태양계를 형성된 성간물질도 주로 수소와 헬륨 및 다른 중원소로 구성되어 있다

• 중원소들은 수소함량비의 1/1000이하이다

The “Astronomer’s Periodic table”, with the size of the element indicating its abundance by weight. (Figure by Ben McCall)

별 의 크 기

• 별의 온도와 밝기를 알면 별의 중요한 물리량인 크기를 추정해볼 수 있다

• 어떤 별들은 태양보다 훨씬 크다는 것이 밝혀졌다

• 거성과 초거성

적 색 초 거 성 을 돌 고 있 는 태 양 의 상 상 도

• 적색 초거성주위를

태양이 돌고 있을 때의 상상도

• 안타레스가 토성과

태양과의 거리에 놓여 있다고 상상했을때의 모습

H R 도 에 서 별 들 의 분 포

• 히파르쿠스 위성 자료를 이용하여 작성한 10만개가 넘는 별의 HR도

• 별들이 놓여있는 겉보기 패턴이 분명해

보인다

H R 도 에 서 별 들 의 분 포

K - M 형 별

• 주계열의 오른쪽 아래

• M 형 별

• 아 주 흔 히 존 재 하 는 별

• 태 양 질 량 의 0 . 1 배 정 도 되 는

작 은 질 량 임 에 도 우 리 은 하 의 질 량 의 절 반 정 도 차 지

• 시 리 우 스 같 은 A 형 별 = M 형 별 1 0 0 개

• O 형 별 = M 형 별 1 7 0 만 개 에 해 당

• M 형 별 하 나 는 육 안 관 측 불 가 능

• K 형 별

• 태 양 질 량 의 0 . 5 배 – 0 . 7 배

• M 형 별 의 1 / 6 정 도 존 재

H R 도 에 서 별 들 의 분 포

O B A F G K M G 형 별

• 태양의 분광형: G2

• α Cen A 는 같은 분광형을 지닌 쌍둥이

• 질량이 태양보다 10%정도 크다

• 반경은 25%크다

• 밝기는 60%크다

• 아마 수소연료의 소진이 임박한 듯 함

H R 도 에 서 별 들 의 분 포

O B A F G K M F 형 별

• F형 별

• 낮은 질량 별과 큰 질량별의

경계선에 놓여 있다

H R 도 에 서 별 들 의 분 포

G i a n t s

• 나머지 별들의 대부분은 어둡고

노랑색에서 아주 밝고 빨강색을 보이는 띠를 이룬다

• 차가운데 아주 밝게 되기 위해서 이별의 크기가 아주 커야한다

• 그래서 거성이라 부른다

H R 도 에 서 별 들 의 분 포

S u p e r g i a n t s

• 거성보다 더 밝아서, 더 큰 별들을 초거성이라 부른다

• 모든 색의 별들을 지니고 있다

H R 도 에 서 별 들 의 분 포

W h i t e d w a r f s

O B A F G K M

• 태양같은 별이 주계열에서의 삶을

마치고, 죽고 난 후 생긴 잔해

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절

대

등

급

광

도 온 도 ( K )

분 광 형 주계열 별

거 성 초 거 성

백색왜성

성 단 의 H R 도

• HR도에서 별의 위치는 진화에

대한 정보를 제공한다

별 의 진 화

• 별이 시간에 따라 어떻게 변화하는가?

• 관측적인 HR도와 각 질량별로 항성모델계산을 해서 이론적으로 만들어진 HR도와 비교하면서 별의 진화를 연구한다

H - R 도 ( 이 론 + 관 측 )

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H R 도 와 별 의 진 화

https://www.youtube.com/watch?v=ClUtvlZquLI&t=33s