「天文学入門 星とは何か」を読んだけどよく分からなかったので調べ直した。
以前BOOKOFFに行った時に見つけた「天文学入門 星とは何か」を読んだ。
しかし正直、僕には前提知識がなさ過ぎる事もあり読みづらかった。
なので、本書を参考にググるなどしてまとめ直した。 間違えてたらごめんなさい。
🌟星の一生（ダイジェスト）
『原始星』の誕生
- 宇宙には希薄ながら「星間ガス」と「星間塵」が存在する
- このガスと塵の塊を「星間雲」と呼び、特に密度が高い場合は「分子雲」と呼ばれる
- 密度の高い分子雲は後方の光を遮るため「暗黒星雲」と呼ばれる
- 暗黒星雲が「自己重力」により収縮を始め、「原始星」が生まれる(*1)
- 原始星は約10万歳であり、太陽の100倍ほど大きい
*1: 暗黒星雲単体では星の形成に時間がかかるが、外力があると形成が進みやすい（暗黒星雲同士の衝突、新星爆発の爆風による星雲の圧縮、回転ガス内でのうねりの波動、など）
『原始星』の質量による分岐（褐色矮星・主系列星）
- 原始星が自己重力により収縮を続けていき、中心核の温度・圧力・密度が高くなっていく
- 太陽の質量の0.08倍より小さい場合、それ以上収縮できずに電子の縮退状態となり、ガス球のまま冷えて「褐色矮星」となる（温度が低過ぎて可視光線を出さない）
- 太陽の質量の0.08倍以上の場合、中心温度が1千万度に達すると「核融合反応」により水素原子からヘリウム原子が形成される
- 核融合反応が始まると収縮が止まり、そこで生み出されるエネルギーにより輝き始め「恒星」となり「主系列星」となる
- 主系列星は、中心核で水素の核融合反応が起きている状態であり、「核融合により膨張する力」と「自己重力によって収縮する力」がバランスよく釣り合っている
- この時点の主系列星は約1億歳
『主系列星』の最期（太陽の質量より小さい場合）
- エネルギー源である水素を使い果たすと「殻燃焼」が発生し、星全体が膨張し「赤色巨星」となる
- 外層は流出して、流出した星間ガスや星間塵が「惑星状星雲」となる
- 外層は流出して、中心核であるヘリウムのガス球となり、「白色矮星」となる
- 白色矮星の近くに赤色巨星がある時、後者の膨張を前者が吸収する事で、重元素への核融合が進み「超新星爆発」が発生する事がある
- 爆発後に温度が高い場合は「X線星」となる（温度が高過ぎて可視光線を出さない）
『主系列星』の最期（太陽の質量より大きい場合）
- 水素核融合から、ヘリウム→炭素→酸素と「重元素」になるべく核融合反応が進み、「鉄」まで達する(星の質量によってどこまで核融合が進むかは異なる)
- 鉄は非常に高温になるとエネルギーを吸収する性質を持ち、「電子捕獲反応」と「鉄の光分解」によってコアが不安定になる
- 鉄のコアが不安定になると「重力破壊」が起き、「超新星爆発」が発生する
- 爆発後には「爆縮」された芯が残り、この質量が太陽の3倍程度であれば「中性子星」、それ以上であれば「ブラックホール」となる
- 太陽の質量より40倍以上である場合には、爆発時に「ガンマ線バースト」が発生し、オゾン層の破壊など大規模な気象変動をもたらす可能性もある
星の輪廻
- 最期を迎えた星は、「星間ガス」や「星間塵」となって宇宙空間を漂う
- そして再び原始星を形成する
🔭星の観測
明るさ（等級）
- 光量が約2.512分の1になるごとに、ランクが1下がる（昔は写真等級だったが、現在は実視等級を用いる）
- 「絶対等級」は、10パーセクに置いた時の明るさ・等級を示す
距離（光年）
- 奥行方向
- 「距離の逆2乗法則」により、明るさは距離の2乗に反比例＝明るさが分かれば距離が分かる
- 水平方向
大気構成（スペクトル）
- スペクトルは、原子ごとに決まっているため、光波を波長に変換する事で「恒星の大気構成」が分かる
- 波長から、元素組成
- ぼやけ方から、気圧
- スベクトル型から、温度
- スペクトルは以下に分類される
- 連続スペクトル：七色の帯
- 暗線スペクトル：フラウンホーファーの黒い線
- 輝線スペクトル：蛍光灯の輝く線
速さ（速度）
- 「固有運動」は、観測される角度のズレから測定する（地上からでは精度が出ないためヒッパルコスが打ち上げられた）
- 「視線速度」は、観測される線スペクトルの波長のずれから測定する
- 「空間速度」は、視線速度と固有運動を三平方の定理で合成したもの（双方の単位が異なるため）
放射エネルギー
- 「プランクの法則」により、放射のエネルギーは温度の4乗に比例＝温度が分かればエネルギーが分かる
🌌「星の一生」で名称を出さなかった天体
重星
- 視覚的に寄って見える星々（実際には遠く離れている）
連星
- 物理的に寄っている星々
- 「主星」と「伴星」からなり、その間に重力が存在する（2つの星が重力を中心に回っているイメージ）
- 原始星の時点ではｎ連星である事が多く、ｎ＝３以上だと不安定なため、単独星を放出させｎ＝２で安定する
- 連星は以下に分類される
惑星
- あとで書く
変光星
- 明るさが変化する星であり、内因である「脈動変光星」と外因である「それ以外」に分類される
非恒星状天体
- 非恒星状天体
- シャルル・メシエがまとめた「メシエカタログ」が有名。以下に分類される。
📚その他物理知識
太陽構造における5つの未知関数
- 気体の状態方程式
- 圧力と重力の釣り合いの式
- 内部の重力の式
- 密度と質量の関係式
- ポリトロープの式
原子核エネルギー
- 元素の変化により放射能が発生する事を発見
- これを人工的に変換・連続的に発生させると大変な事になると示唆した(原子爆弾)
- 原子は、より少ないエネルギーで存在する性質があるため、核融合によってエネルギーを発生させて、元素変換する(重水素＋三重水素→ヘリウム原子核＋中性子)
- 原子は、「電子」と「原子核」からなり、電子を保持する「クローン力」と、原子核を保持する「核力」を持つ
- 質量の大きい原子は、自身の構成を維持するために大きなエネルギーを要する（ウランやプルトニウムなど）
- クローン反発力が核力を上回ると「核分裂」が発生し、この時にエネルギーとして「γ線」が発生する
縮退圧
- 「電子の縮退圧」は、電子を非常に低温で高密度状態に押し込めたときに生まれる圧力。白色矮星はこれにより形を保持している。
- 「中性子の縮退圧」は、中性子を非常に低温で高密度状態に押し込めたときに生まれる圧力。中性子星はこれにより形を保持している。
電子捕獲
ニュートリノ
📚参考文献
😶全体的な感想
全体的に意外とシンプルなんだなと感じたけど、それも入門書だからなんだろうな。
専門書になると高度な計算式とか出てくるだろうけど、そこは使わないしいいや。
一旦宇宙規模についてな何となく理解できたから、次は地球規模の気象学とかやるかな。
