항성 진화 과정

별의 생애에 걸쳐 일어나는 변화를 항성 진화라고 합니다. 별의 질량은 별의 궁극적인 운명을 결정합니다. 별의 크기가 클수록 연료를 더 빨리 태우고 수명을 단축합니다. 별이 빛을 발산하여 잃는 에너지는 별이 만들어지는 물질에서 나온 것이어야 합니다. 이는 별을 구성하는 요소의 변화로 이어집니다. 별은 별들 사이의 물질로 만들어지고, 연료가 소진될 때까지 빛나고, 초기 질량에 따라 죽음을 맞이합니다.

원자에서 별로의 진화

20 세기에 천문학과 원자 물리학이 발전하면서 항성 진화 과정에 대한 많은 내용이 밝혀졌습니다. 양자 이론이 발전하고 원자 구조의 모델이 개선되면서 별의 수명주기와 우주의 광대 함을 설명하는 우주 이론에 대한 이해가 깊어졌습니다. 또한 이는 우주의 내부 작용 및 구성 원리와 연결되어 있었습니다. 앨버트 아인슈타인이 정리한 특수 상대성 이론과 질량과 에너지의 관계는 별의 질량 변환 에너지에 대한 이해를 가능하게 했습니다. 

인도 태생의 미국 천체 물리학 자 찬드라세카는 처음으로 별이 초신성, 백색 왜성, 중성자 별로 진화하는 과정을 분명히 밝혔습니다. 그리고 블랙홀 형성에 필요한 조건을 예측했으며, 이는 이후 20 세기말에 관찰에 의해 확인되었습니다.

 

스텔라 역학

별들 사이의 물질은 다양한 질량의 구름에서 발생합니다. 아직 완전히 명확하지는 않지만 분자 형성과 함께 구름 중심의 냉각과 별빛 외부 또는 별 폭발에 의한 구름 압착과 관련된 과정에 의해 구름은 자체 중력으로 붕괴되기 시작합니다. 구름의 붕괴는 압착을 가속화하면서 물질이 더 뜨거워지게 합니다. 이 시점에서 별의 내부가 흔들립니다. 이 휘젓는 과정을 대류라고 합니다. 붕괴 속도는 표면에서 에너지를 잃을 수 있는 속도에 의해 결정됩니다. 원자 프로세스는 표면을 일정한 온도에 가깝게 유지하여 붕괴 중에 방사 표면적이 축소됨에 따라 급속한 붕괴가 느려집니다. 별은 단순히 희미 해지고 내부는 점점 더 뜨거워집니다.

마지막으로, 내부 온도는 온도가 가장 높은 별의 중심에 위치한 원자가 생성된 열로 인해 너무 빨리 이동하여 서로 달라 붙기 시작하는 지점까지 상승합니다. 이 과정을 핵융합이라고 하며 이는 에너지를 추가로 만들어냅니다. 따라서 별에는 새로운 열원이 있습니다. 이후 별의 진화는 질량에 의해 결정됩니다.

별의 질량이 태양의 질량과 거의 같거나 그 이하이면 별이 빛날 에너지를 제공하는 핵 화재가 내부 구조를 결정합니다. 중앙 방사 코어는 대류 봉투로 둘러싸여 있습니다. 방사성 코어에서 물질은 정지 상태로 유지되는 반면, 수소와 헬륨의 핵융합에 의해 생성된 에너지는 자동차 헤드 라이트의 빛이 안개를 통해 비추는 것처럼 확산됩니다. 별이 노화됨에 따라 핵 화재의 헬륨 재가 축적되는 것은이 복사 핵의 중심에 있습니다. 복사 코어 너머에는 더 차가운 덩어리를 지나서 상승하는 뜨거운 물질 덩어리에 의해 에너지가 전달되는 휘젓는 대류 봉투가 있습니다. 대기 표면에서 에너지는 물리적으로 별을 별빛으로 떠날 때까지 코어 에서처럼 다시 흐릅니다.

 

태양 질량의 두 배가 넘는 별의 구조는 본질적으로 질량이 낮은 별의 반대입니다. 이 별들의 핵은 완전히 대류하므로 핵융합에 의해 생성된 에너지는 핵에 있는 물질의 휘젓는 운동에 의해 바깥쪽으로 수행됩니다. 주변의 복사 포락선은 그곳에서 새로운 에너지가 생성되지 않는다는 점을 제외하고는 질량이 낮은 별의 핵과 매우 유사합니다. 대류 코어에서 물질의 휘는 운동은 헬륨의 핵 재가 주변 수소 연료와 혼합되도록 합니다. 이 움직임은 사실상 모든 수소가 별을 가열하는 핵 화재에 사용할 수 있도록 합니다.

고질량 별과 저질량 별 모두 비슷한 방식으로 수소 연료 고갈에 반응합니다. 자체 중력에 대항하기 위해 열을 공급하는 과정에서 별의 핵은 다시 수축하여 반응합니다. 일종의 반사 반응으로 별의 외부 영역이 확장되어 방사 표면적이 크게 증가합니다. 별의 총 에너지 출력은 이 단계에서 증가하지만 크게 향상된 표면적은 표면을 냉각시키고 별은 더 붉게 나타납니다. 크기와 색의 변화는 이 별들의 이름을 결정하는 방식이 됩니다. 별이 매우 무거우면 적색 초거성이 될 수 있습니다.