主系列星から巨星へ

質問

主系列星は長期にわたり安定に水素の核融合反応を続けるが、反応の結果生じるヘリウムが星の中心部に核をつくり、反応を行う部分はしだいに外側へ広がっていく。これとともに中心部は密度と温度が上昇し、核融合反応は活発になる。その結果、星の外層部は膨張し、半径の大きな明るい星へと移行を始め、（赤色）巨星または超巨星へと進化していく。

これに関する補足説明なんで、さっぱりわからなく、困ってます。

星の中心部のヘリウムの核が増大していく途中で、核に急激な収縮が起こるため(1)、星の内部での均衡に変化が生じ、外層部が膨張して表面温度が低下する。(2)しかし、4000Ｋほどに温度が下がると外層部では対流(3)による熱の運搬が行われる状態になって、再び明るくなり(4)（赤色）巨星へ進化する。

(1)増大していく途中で収縮、この増大と収縮という正反対の現象が同時に起こるという意味がわからないんです。
(2)膨張するのはなぜなんでしょうか。また、なぜ膨張→表面温度の低下なんでしょうか。
(3)温度低下が対流をひきおこすのはなぜなんでしょうか。
(4)対流が起こると明るくなるのはなぜなんでしょうか。

この文章から次から次へと疑問がわいてきます。どうか教えていただけないでしょうか。

回答No.1

lupinletrois · ベストアンサー

(1)増大するのは生成したヘリウムの量です。水素より重いので中心部に
たまり収縮します。核反応と収縮の熱で外側の水素の多い層は膨張します。
(2)膨張すると温度は下がり、圧縮すると温度は上がります。熱力学の原理
ですが、熱エネルギーの密度が下がる上がると考えてもいいでしょう。
(3)この場合、温度の高い内側の水素は軽く外側に浮きます。
(4)温度の高いものが表面に出てくるので、より多くの光・熱を放射する。

なお、巨星になると熱の移動が一定でなくなり収縮膨張を繰り返し変光星に
なるものも多いです。

別件「若い散開星団で・・」紹介したページにも同様のことが書かれてます。

また、別件ですが、関連した質問にあった「銀河の腕」補足します。
英語の ARM を訳したものでしょう。
↓チェコのページですが、図は英語です。
上からペルセウス/オリオン/射手の腕 (Perseus/Orion/Sagittarius Arm(s))
太陽(Sun) 北極星(Polaris) 三ツ星(Orion Belt Stars) などあります。
http://astro.pef.zcu.cz/mlhoviny_hvezdokupy_galaxie/galaxie/nase/ramena.html
ついでに ムダ知識ですが、チェコ語では rameno (肩 shoulder) です。

参考URL：

http://astro.pef.zcu.cz/mlhoviny_hvezdokupy_galaxie/galaxie/nase/ramena.html

お礼

ありがとうございます。
こまごまと項目分けして質問したのに対し、一つずつ丁寧に答えてくれて、とても理解しやすかったです。

回答No.2

topos

(１)核融合反応は
　　4H→He
という反応ですよね。水素から、ヘリウムができて、中心にたまっていきます。(→核)
そして、ヘリウムの核がある程度まで大きくなると、そのヘリウムの圧力より、外側の水素の圧力の方が大きくなって、収縮するそうです。

(２) (1)で、急激に収縮すると、熱がうまれるそうです。その熱で、核融合が活発化し、外層が膨張するそうです。
温度が下がるのは、断熱膨張したからだと思います。(急に膨張したとすると。)

※断熱膨張
外部との熱の出入りなしに、膨張させること。

断熱膨張すると→温度が下がる
断熱圧縮すると→温度が上がる

と、高校の時、地学で覚えました。(温度が下がる理由は分かりません)

(３)分かりません

(４)分かりません。でも、受験で地学を勉強されているなら、こういうネタがあります。

恒星の明るさとは、恒星の表面エネルギーのことで、
恒星の表面エネルギーをLとすると、

Ｌ＝4πＲ^2×αＴ^4

Ｒ:恒星の半径
Ｔ:恒星の表面温度
α:定数(=5.87×10^-σ)

で表される。

なので、明るさは、

半径が一定なら→表面温度の4乗に比例
表面温度が一定なら→半径の2乗に比例

ということだそうです。

お礼

豆知識をありがとうございます。しっかりメモしておこうと思います。