적색 왜성 : 발견, 특성, 진화, 구성 - 아르테

적색 왜성은 지금까지 알려진 모든 4 분의 3까지 : 질량을 그들은 우주에서 가장 풍부하고 가장 오래 사는 별은 0.08 사이 태양의 0.8 배 질량 작은, 멋진 스타입니다. 광도가 낮기 때문에 태양 근처에 많음에도 불구하고 육안으로는 관찰 할 수 없습니다. 근처에있는 30 개의 별 중 20 개는 적색 왜성입니다.

우리와의 근접성으로 가장 주목할만한 것은 4.2 광년 떨어진 Centaurus 별자리에있는 Proxima Centauri입니다. 스코틀랜드 천문학 자 로버트 이네스 (1861-1933)가 1915 년에 발견했습니다.

그림 1. 적색 왜성 Proxima Centauri는 Centauri 별자리에있는 Alpha Centauri 별 시스템의 일부입니다. 출처 : Wikimedia Commons를 통한 ESA / Hubble & NASA.

그러나 Proxima Centauri가 발견되기 전에 프랑스 천문학 자 Joseph de Lalande (1732-1802)의 망원경은 Ursa Major 별자리에서 이미 적색 왜성 Lalande 21185를 발견했습니다.

"적색 왜성"이라는 용어는 스펙트럼 유형이 K와 M 인 별을 포함하여 다양한 등급의 별을 지칭하는 데 사용되며, 원자로를 시작하기에 충분한 질량이 없었기 때문에 실제로는 그렇지 않은 별인 갈색 왜성도 포함합니다. 내부의.

스펙트럼 유형은 별의 표면 온도에 해당하며 빛은 일련의 매우 특징적인 선으로 분해됩니다.

예를 들어, 스펙트럼 유형 K는 5000 ~ 3,500K의 온도를 가지며 황색-주황색 별에 해당하는 반면, 유형 M의 온도는 3500K 미만이며 적색 별입니다.

우리의 태양은 스펙트럼 유형 G, 색상이 노란색이며 표면 온도가 5000에서 6000 K 사이입니다. 특정 스펙트럼 유형을 가진 별은 공통적으로 많은 특성을 가지고 있으며 가장 결정적인 것은 질량입니다. 별의 질량에 따라 그 진화도 마찬가지입니다.

적색 왜성의 특성

적색 왜성은 그들을 구별하는 특정 특성을 가지고 있습니다. 우리는 이미 처음에 몇 가지를 언급했습니다.

-작은 크기.

-낮은 표면 온도.

-재료 연소율이 낮습니다.

-낮은 광도.

질량

우리가 말했듯이 질량은 별이 도달하는 범주를 정의하는 주요 속성입니다. 적색 왜성은 거대한 별보다 질량이 적은 별이 더 많이 형성되기 때문에 매우 풍부합니다.

그러나 흥미롭게도 저 질량 별이 형성되는 데 걸리는 시간은 매우 무거운 별보다 더 깁니다. 중심에있는 물질을 압축하는 중력이 클수록 질량이 커지기 때문에 이들은 훨씬 더 빠르게 성장합니다.

그리고 우리는 융합 반응을 시작하기 위해 온도가 적절하기 위해서는 일정량의 임계 질량이 필요하다는 것을 알고 있습니다. 이런 식으로 별은 성인 생활을 시작합니다.

태양이 형성되는 데 수천만 년이 걸렸지 만, 5 배 더 큰 별은 백만년 미만이 필요하며, 가장 거대한 별은 수십만 년에서 빛날 수 있습니다.

온도

표면의 온도는 이미 언급했듯이 적색 왜성을 정의하는 또 다른 중요한 특성입니다. 5000K 미만이어야하지만 2000K 미만이어야합니다. 그렇지 않으면 진정한 스타가 되기에는 너무 멋집니다.

온도가 2000K 미만인 항성 물체는 핵융합 핵을 가질 수 없으며 임계 질량에 도달하지 않은 중단 된 별인 갈색 왜성입니다.

스펙트럼 선을 심층 분석하면 적색 왜성과 갈색 왜성의 차이를 확인할 수 있습니다. 예를 들어 리튬의 증거는 그것이 적색 왜성임을 시사하지만 메탄이나 암모니아 인 경우 아마도 갈색 왜성 일 것입니다.

스펙트럼 유형 및 Hertzsprung-Russell 다이어그램

Hertzsprung-Russell 다이어그램 (HR 다이어그램)은 별의 스펙트럼 특성에 따른 별의 특성과 진화를 보여주는 그래프입니다. 여기에는 표면의 온도가 포함되며, 이는 우리가 말했듯이 광도뿐만 아니라 결정 요인입니다.

그래프를 구성하는 변수는 수직축의 광도와 수평축의 유효 온도입니다. 천문학 자 Ejnar Hertzsprung과 Henry Russell이 1900 년대 초에 독립적으로 만들었습니다.

그림 2. 오른쪽 하단 모서리의 메인 시퀀스에서 적색 왜성을 보여주는 HR 다이어그램. 출처 : Wikimedia Commons. 그.

스펙트럼에 따라 별은 Harvard 스펙트럼 분류에 따라 그룹화되어 다음 문자 순서로 별의 온도를 나타냅니다.

OBAFGKM

우리는 가장 뜨거운 별인 O 형부터 시작하고, 가장 차가운 것은 M 형입니다. 그림에서 스펙트럼 유형은 그래프 하단에 있으며 왼쪽에있는 파란색 막대에 도달 할 때까지 오른쪽에 빨간색.

각 유형 내에서 스펙트럼 선의 강도가 다르기 때문에 각 유형은 0에서 9까지의 숫자로 표시되는 10 개의 하위 범주로 나뉩니다. 숫자가 낮을수록 별이 더 뜨겁습니다. 예를 들어 Sun은 G2 유형이고 Proxima Centauri는 M6입니다.

대략 대각선으로 진행되는 그래프의 중앙 영역을 주 시퀀스라고합니다. 대부분의 별은 거기에 있지만 진화로 인해 적색 거성 또는 백색 왜성과 같은 다른 범주에 속하게 될 수 있습니다. 그것은 모두 별의 질량에 달려 있습니다.

적색 왜성의 수명은 항상 주 계열에서 발생하며, 스펙트럼 유형 측면에서 모든 M 급 왜성이 적색 왜성은 아니지만 대부분이 그렇습니다. 그러나이 클래스에는 Betelgeuse 및 Antares (HR 다이어그램의 오른쪽 상단)와 같은 초거성 별도 있습니다.

진화

모든 별의 생명은 중력의 작용으로 인해 성간 물질의 붕괴로 시작됩니다. 물질이 응집됨에 따라 각운동량 보존 덕분에 더 빠르고 빠르게 회전하고 디스크로 평평 해집니다. 중심에는 원시 별, 즉 미래 별에 대해 말하는 배아가 있습니다.

시간이 지남에 따라 온도와 밀도는 임계 질량에 도달 할 때까지 증가하여 융합 반응기가 활동을 시작합니다. 이것은 미래의 별의 에너지 원이며 약 8 백만 K의 핵심 온도가 필요합니다.

코어의 점화는 중력을 보상하여 수압 평형을 일으키기 때문에 별을 안정화시킵니다. 여기에는 태양 질량의 0.01 ~ 100 배 사이의 질량이 필요합니다. 질량이 더 크면 과열로 인해 원생 별을 파괴 할 재앙이 발생합니다.

그림 3. 적색 왜성에서 핵의 수소 융합은 중력의 균형을 맞 춥니 다. 출처 : F. Zapata.

핵융합로가 시작되고 평형이 이루어지면 별은 HR 다이어그램의 주요 순서로 끝납니다. 적색 왜성은 매우 느리게 에너지를 방출하므로 수소 공급이 오래 지속됩니다. 적색 왜성이 에너지를 방출하는 방식은 대류 메커니즘을 통하는 것입니다.

수소를 헬륨으로 에너지를 생성하는 변환은 수소 이온이 다른 수소 이온과 융합하는 순서 인 양성자-양성자 사슬에 의해 적색 왜성에서 수행됩니다. 온도는이 융합이 일어나는 방식에 큰 영향을 미칩니다.

수소가 고갈되면 별의 원자로가 작동을 멈추고 느린 냉각 과정이 시작됩니다.

양성자-양성자 사슬

이 반응은 주 계열에 막 합류 한 별과 적색 왜성에서 매우 흔합니다. 다음과 같이 시작됩니다.

¹₁ H + ¹₁ H → ²₁ H + e ⁺ + ν

e ⁺ 가 양전자이며, 전하가 양이고 ν가 중성미자, 가볍고 애매한 입자라는 점을 제외하고는 모든 전자와 동일합니다. 그 부분 ^이₁ H 중수소 또는 중수소이다.

그런 다음 발생합니다.

¹₁ H + ²₁ H → ³₂ He + γ

후자에서 γ는 광자를 상징합니다. 두 반응 모두 두 번 발생하여 다음과 같은 결과가 발생합니다.

³₂ He + ³₂ He → ⁴₂ He + 2 ( ¹₁ H)

이렇게하면 별은 어떻게 에너지를 생성합니까? 글쎄요, 반응의 질량에는 약간의 차이가 있습니다. 아인슈타인의 유명한 방정식에 따라 에너지로 변환되는 작은 질량 손실입니다.

E = mc ²

이 반응은 엄청난 수의 입자를 포함하여 수없이 발생하기 때문에 얻어지는 에너지는 엄청납니다. 그러나 별 안에서 일어나는 유일한 반응은 아니지만 적색 왜성에서 가장 빈번합니다.

별의 수명

별의 수명 또한 질량에 따라 다릅니다. 다음 방정식은 해당 시간의 추정치입니다.

T = M ^-2.5

여기서 T는 시간이고 M은 질량입니다. 대문자의 사용은 시간과 질량의 방대함으로 인해 적절합니다.

태양과 같은 별은 약 100 억년 동안 살지만, 태양 질량의 30 배에 해당하는 별은 3 천만년을 살고 더 큰 별은 약 2 백만년 동안 살 수 있습니다. 어느 쪽이든 인간에게는 영원합니다.

적색 왜성은 핵연료를 소비하는 간결함 덕분에 그보다 훨씬 오래 산다. 우리가 경험하는 시간의 관점에서 볼 때, 핵에서 수소를 고갈시키는 데 걸리는 시간이 우주의 추정 연령을 초과하기 때문에 적색 왜성은 영원히 지속됩니다.

적색 왜성은 아직 죽지 않았기 때문에 그들이 얼마나 오래 살고 그들의 종말이 어떻게 될지 추측 할 수있는 것은 우리가 가지고있는 정보로 만든 모델의 컴퓨터 시뮬레이션 때문입니다.

이 모델에 따르면 과학자들은 적색 왜성이 수소가 떨어지면 청색 왜성으로 변할 것이라고 예측합니다.

아무도 이런 종류의 별을 본 적이 없지만 수소가 떨어지면 적색 왜성은 우리 태양이 언젠가는 적색 거성으로 확장되지 않습니다. 그것은 단순히 방사능을 증가시키고 표면 온도와 함께 파란색으로 변합니다.

적색 왜성의 구성

별의 구성은 매우 유사하며, 대부분은 수소와 헬륨으로 이루어진 거대한 공입니다. 그들은 가스와 먼지에 존재했던 일부 요소를 보유하고 있으므로 선행 별이 생성하는 데 도움이 된 요소의 흔적도 포함합니다.

이러한 이유로 적색 왜성의 구성은 태양의 구성과 유사하지만 스펙트럼 선은 온도로 인해 크게 다릅니다. 따라서 별에 약한 수소 선이 있다고해서이 원소가 부족하다는 의미는 아닙니다.

적색 왜성에는 천문학 자들이 "금속"이라고 부르는 다른 무거운 원소의 흔적이 있습니다.

천문학에서이 정의는 일반적으로 금속으로 이해되는 것과 일치하지 않습니다. 여기서는 수소와 헬륨을 제외한 모든 원소를 가리키는 데 사용되기 때문입니다.

훈련

별 형성 과정은 복잡하고 수많은 변수의 영향을받습니다. 이 과정에 대해 아직 알려지지 않은 것이 많이 있지만 이전 부분에서 설명한 것처럼 모든 별에 대해 동일하다고 믿어집니다.

온도와 관련된 별의 크기와 색상을 결정하는 요소는 중력 덕분에 추가 할 수있는 물질의 양입니다.

천문학 자들이 염려하고 아직 밝혀지지 않은 질문은 적색 왜성이 수소, 헬륨 및 리튬보다 무거운 원소를 포함하고 있다는 사실입니다.

한편으로 빅뱅 이론은 형성된 첫 번째 별이 가장 가벼운 세 가지 요소로만 구성되어야한다고 예측합니다. 그러나 적색 왜성에서 무거운 원소가 감지되었습니다.

그리고 아직 적색 왜성이 죽지 않았다면, 형성된 최초의 적색 왜성은 여전히 어딘가에 있어야하며, 모두 빛의 요소로 이루어져 있습니다.

그런 다음 적색 왜성은 생성에 무거운 요소가 필요하기 때문에 나중에 형성되었을 수 있습니다. 또는 1 세대 적색 왜성이 있지만 너무 작고 광도가 낮기 때문에 아직 발견되지 않았습니다.

적색 왜성의 예

다음 Centauri

4.2 광년 거리에 있으며 질량은 태양의 1/8에 해당하지만 밀도는 40 배 더 높습니다. Proxima는 강한 자기장을 가지고있어 플레어가 발생하기 쉽습니다.

프록시마에는 2016 년에 공개 된 Proxima Centauri b라는 행성이 하나 이상 있습니다. 별의 방출에는 엑스레이가 포함되어 있기 때문입니다.

버나드 스타

그림 4. 태양, 버나드 별, 목성 행성의 크기 비교. 출처 : Wikimedia Commons.

그것은 5.9 광년 떨어진 매우 가까운 적색 왜성이며, 주요 특징은 태양 방향으로 약 90km / s의 빠른 속도입니다.

망원경을 통해 볼 수 있으며 Proxima와 마찬가지로 플레어 및 플레어가 발생하기 쉽습니다. 최근에 바 나드의 별을 공전하는 행성이 발견되었습니다.

티 가든 스타

태양 질량의 8 %에 불과한이 적색 왜성은 양자리 별자리에 있으며 강력한 망원경으로 만 볼 수 있습니다. 약 12 광년 거리에서 가장 가까운 별들 중 하나입니다.

그것은 2002 년에 발견되었고 그 자체로 놀라운 움직임을 가지고있을뿐만 아니라 소위 거주 가능 지역에 행성이있는 것으로 보입니다.

늑대 359

그것은 레오 자리에서 변하는 적색 왜성이며 우리 태양으로부터 거의 8 광년 떨어져 있습니다. 변광성이기 때문에 그 빛은 프록시마 센타 우리만큼 강하지는 않지만 주기적으로 광도가 증가합니다.

참고 문헌

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적색 왜성 : 발견, 특성, 진화, 구성 - 아르테 - 2025