主系列星を語る。

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主系列星とは

恒星にも誕生と死がある。
つまり恒星にも、一生があるのだ。

人間の一生に幼児期、少年期・少女期、青年期、中年期、老年期があるように、恒星の一生もいくつかの期に分かれている。

太陽クラスの恒星の場合、
原始星→主系列星→赤色巨星→白色矮星→黒色矮星
と変化していく。

人間の青年期から中年期に相当する時期が、恒星にとっての主系列星である。
恒星が主系列星である期間は非常に長い。

現在、太陽は主系列星の段階にある。
あと、45億年ほど主系列星の段階が継続し、やがて赤色巨星へと進んでいく。

主系列星のしくみ

恒星のエネルギー源

太陽は燃えているように見えるが、実は燃えていない。

紙や木が燃焼すると、熱と光が発生する。
太陽も熱と光を放っているが、これらは燃焼で生じているのではない。
太陽に限らず恒星の熱と光は、核融合反応によって生じているのである。

恒星はガス星雲から誕生する。
ガス星雲が重力で集まり、原始星が誕生する。

原始星がさらに収縮するにつれ、ポテンシャルエネルギーが熱エネルギーに変換されるので、中心部の温度が上昇していく。
中心部の温度が1000万K以上になると、いよいよ核融合反応が開始する。

高温高圧の環境で、4つの水素原子核が1つのヘリウム原子核に変換するプロセスが核融合反応だ。
このときに解放されるエネルギーが、恒星の熱となり光となる。

核融合反応が開始した時点から恒星は、原始星から主系列星へと移行する。

安定した主系列星

主系列星では、核融合反応によって外に広がろうとする勢いと、自重によって収縮しようとする勢いがバランスする。
このため、主系列星は非常に安定している。

恒星は生涯の大部分を主系列星としてすごす。
夜空で輝くほとんどの恒星は、主系列星なのだ。
太陽も主系列星である。

恒星が主系列星で過す時間の長さは、その恒星の質量で決まる。

太陽クラスの質量の場合、およそ100億年程度の間、主系列星で過す。
この時間の長さからも、いかに主系列星が安定しているかが分かる。

ただし、すべての主系列星が100億年の寿命なのではない。

最初に集まったガス星雲の量が多い場合、巨大な主系列星が誕生する。
このようなケースでは、中心部の圧力が高いため、核融合反応が凄まじいスピードで進む。
その結果、たった数百万年で、あっというまに水素を使い果たしてしまうのだ。

反対に、少ない量のガス星雲しか集まらないと、核融合反応にも気合が入らない。
チョロチョロと反応を続けるため、小さな主系列星は、宇宙の寿命よりも長く弱く輝くのだ。

重い星→短命
軽い星→長寿命
という関係がある。

主系列とは何か？

スペクトル型と絶対等級との関連を図示したチャートをHR図という。

HR図を見ると、大多数の星は、左上から右下へ向かう斜めの線上(①の部分)に集中する。
ここにプロットされる星が主系列星である。
このプロットから、主系列星は「明るいほど、より熱い」という関係が読み取れる。

HR図から、大多数の恒星が主系列星であることが確認できる。
この星が集中する線状のエリア(①の部分)は、「主となる連なり」という意味で主系列という。

主系列星の間、核融合反応によって、水素原子核が消費され、変ってヘリウム原子核が生成される。
ヘリウム原子核は恒星の中心部にだんだんと溜まっていく。

主系列星の末期

主系列星の時代の末期になると、中心部はヘリウム原子核のコアができるため、核融合反応はそのコアの周りで発生する。
つまり、核融合反応の起こる場所が恒星の中心から外側へ向かって移動するのだ。

その結果、自重で収縮する力よりも、核融合反応で膨張しようとする勢いが増すので、恒星が膨らみ始める。
こうして、主系列星は赤色巨星へと移行する。

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