i.s.s. - 東北大学天文学教室[tohoku university …saio/astronomy/slides_15nov2016.pdff5...
TRANSCRIPT
Interna'onal Space Sta'on (I.S.S.)
90分で地球を一周
月面通過時間 7.5秒
Super full moon 2016年11月14日 1948年以来最も大きい 14% 大きく 30% 明るい 次は 2034年11月25日
I.S.S.
太陽
地球
月
Super full moon
満月時の太陽−地球−月の関係
~ micro full moon
白色矮星
太陽
巨星
超巨星
絶対等級
+5
0
-‐5
-‐10
+10
+15
+20 20,000 14,000 10,000 7,000 5,000 3,500 2,500
表面温度(K)
O B A F G K M
スペクトル型
1
0.01
0.0001
100
10,000
相対光度
(L/L¤)
(M. A. Seeds)
ペテルギュース リゲル
北極星
ベガ
シリウス
シリウスB
HR図
冬の星座オリオン(Orion)座
ペテルギウス (α Ori, Betelgeuse)
リゲル (β Ori, Rigel)
恒星の光度(明るさ)(毎秒恒星から放出されるエネルギー)
L � 4�R2T 4
表面積
黒体放射 (単位面積当たり毎秒放出される エネルギーは温度の4乗に比例)
比例記号
波長(ナノメートル)
黒体放射
白色矮星
太陽
巨星
超巨星
絶対等級
+5
0
-‐5
-‐10
+10
+15
+20 20,000 14,000 10,000 7,000 5,000 3,500 2,500
表面温度(K)
O B A F G K M
スペクトル型
1
0.01
0.0001
100
10,000
相対光度
(L/L¤)
(M. A. Seeds)
ペテルギュース リゲル
北極星
ベガ
シリウス
シリウスB
HR図
恒星の平均密度
ベテルギュース (Betelgeuse)
半径=太陽半径の約千倍 質量=太陽質量の約十倍
太陽
半径= 70万 km 質量= 2 x 1030kg
平均密度
1.4 gram/cm3
(地球: 5.5 gram/cm3)
1億分の1グラム/cm3
(地上大気: 0.002 gram/cm3)
白色矮星
半径=約0.01太陽半径 質量=約0.6太陽質量
800 kg/cm3
シリウス
白色矮星
表面
中心
圧力
圧力差=加わる重力
この層の重力
恒星内部の力の釣り合い 静水圧平衡
中心に近い場所ほど 高い圧力
(自己重力と圧力勾配の釣り合い)
中心からの距離 中心からの距離
圧力
温度
è
恒星内部の圧力分布 恒星内部の温度分布
恒星はなぜ光らなくてはならないか
質量の大きい恒星ほど明るく輝かなくてはならない
星間雲から恒星の誕生の説明図 星間雲の密度の濃い部分 が周りのガスを 重力で引き寄せ恒星が 誕生する。 静水圧平衡 発光(エネルギー放出)
中心からの距離
温度
圧力
恒星誕生の現場 Eagle nebula
内部で核融合反応 が起きてなくても 恒星は光を発する エネルギー減少
収縮して中心の 圧力と温度が 上昇
位置エネルギーが 減少して 熱エネルギーに
4H à He + エネルギー
主系列星
前主系列星
表面温度の(常用)対数値
1万度 2万度 4千度
千倍
百倍
十倍
1倍
0.1倍
恒星誕生領域のHR図
収縮して温度が上昇
発生するエネルギー =表面から出るエネルギー
中心からの距離 中心からの距離
圧力
温度
à
恒星内部の圧力分布 恒星内部の温度分布
恒星は自己の重力を支えるために光を発する
主系列星: 重力を支えるために表面から放出されるエネルギー = 水素からヘリウムができる核融合反応から発生するエネルギー
核融合
主系列星 4H He + エネルギー = 主系列星の光のエネルギー
4個の水素原子核(陽子)の質量 = 4 x 1.0078 mu = 4.0312 mu
1個のヘリウム原子核の質量 = 4.0026 mu
mu = 1.66053 x 10-‐24 グラム
差 = 0.0286 mu = 約 0.007 x 4 mu
質量の0.7%がエネルギーに 0.007 x 4 mu x c2
1グラムの水素がヘリウムに変わると、6 x 1011 ジュールのエネルギー
20℃の水1700トンを沸騰
中心温度 およそ1千万度
1グラムの水素がヘリウムに変わると、6 x 1011 ジュールのエネルギー
太陽の質量 2 x 1033 グラム 中心高温部の質量はその十分の1 2 x 1032 グラム
太陽が主系列段階の核融合反応で放出できるエネルギー 6 x 1011 x 2 x 1032 ジュール = 1.2 x 1044 ジュール
太陽は毎秒 3.9 x 1026 ジュールのエネルギーを放出
太陽の主系列星としての寿命は 1.2 x 1044 ÷ 3.9 x 1026 = 3.3 x 1017 秒 = 1010 年 = 100億年 主系列星段階が恒星の最も安定した(最も長く続く)時代
十分はなれた低温 (約 1500K以下)の部分には、SiO、炭素結合体 等からなるダストとよばれる固体微粒子も存在する。
スペクトル型 表面温度 (K) (B − V )O 40,000 -0.33B0 28,000 -0.31B5 15,000 -0.16A0 9,900 0.0A5 8,500 0.13F0 7,400 0.27F5 6,580 0.42G0 6,030 0.58G5 5,520 0.70K0 4,900 0.89K5 4,130 1.18M0 3,480 1.45
分光器による恒星のスペクトルの観測は、恒星表面の温度や元素組成についての情報を与えるだけでなく、ドップラー効果による吸収線の波長の変化の観測により、恒星の運動についての情報を得ることができる。例えば、連星系をなす二つの星が、遠方であるため一つの光源として見える場合でも、分光観測をすると、(その二つの星の光度が同程度のとき)二重の吸収線が観測され、互いの共通重心をまわる軌道運動により二つの吸収線の相対位置が周期的に変化することが観測される (右図)。軌道運動の解析により、その二つの星の質量についての情報が得られる。
4.2 ヘルツスプルング-ラッセル (HR)図
恒星の物理状態、進化を議論する上でもっとも重要な図がヘルツスプルング-ラッセル (HR)図である。HR図には、種々のタイプのものがあるが、共通していることは、横軸に恒星の表面温度を表す量 (温度、スペクトル型、B-V等)を使い、それも左側を高温側とすることと、縦軸には恒星の明るさを表す量 (絶対等級、光度)を採用し、上に向かって明るくなるように目盛をとることである。この決まりに従って描かれた図をHR図という。右側は簡単化されたHR図の説明図である。
HR図で最も目立つ特徴は、左上から右下にのびる主系列といわれる模様で、大半の恒星は主系列上に位置し、それらは主系列星とよばれる。太陽も主系列星の一つである。主系列星の中心付近では、4個の水素原子核 (陽子)が1個のヘリウム原子核になる核融合反応が起こっており、それによるエネルギー発生率がちょうど主系列星の表面から光として出されるエネルギー放出率と釣り合って、安定な状態が長期間続く。
4-3
絶対等級
近傍の恒星のHR図
超巨星
巨星
白色矮星
UBV フィルター
主系列星が多数存在 ゆっくりと変化(進化)
大質量の恒星の寿命は短い 4 H à He + エネルギー
使える水素の量は恒星質量の約10%(高温中心部)
中心からの距離
温度
圧力
恒星の自己重力を支えるために 放出しなくてはならないエネルギー は質量の4乗に比例
主系列星段階の寿命は
0.1 x (質量) (質量)4
= 0.1
(質量)3
に比例。 質量の大きい恒星ほど短命
主系列からHe燃焼前の進化経路
10M¤
5M¤
3M¤
2M¤
1.5M¤
1M¤
全放射絶対等級
表面温度の対数値
91億年
20億年
9億年
3億年
8千4百万年
2千万年 2千百万年
8千9百万年
3億2千万年
9億9千万年
28億年
118億年
1万度 2万度 5千度
A B
C
主系列からHe燃焼前の進化経路
10M¤
5M¤
3M¤
2M¤
1.5M¤
1M¤
全放射絶対等級
表面温度の対数値
91億年
20億年
9億年
3億年
8千4百万年
2千万年 2千百万年
8千9百万年
3億2千万年
9億9千万年
28億年
118億年
1万度 2万度 5千度
3He à C He + C à O
表面温度の対数値
理論的 HR 図
2万度 5千度
恒星光度(
太陽比)
10万
1万
千
百
対数
値
中心部(約1億度)で ヘリウムから 炭素、酸素 が合成されて エネルギーが発生 (ヘリウム核燃焼)
He
H, He
超新星爆発
白色矮星 褐色矮星
1千万度
1億度
5億度
百億度
中心温度
中心密度
M < ~8M¤
M < 0.08M¤
He
H, He
C,O
� M
R3� M
M3� 1
M2平均密度