【簡単】恒星の一生を分かりやすく解説

星雲
恒星はどうやって生まれるの?
逆にどうやって寿命を遂げるの?
そもそも恒星に寿命なんてあるのか?

 

皆さんも同じようなことを思ったことがあるのではないでしょうか?

 

ティロ
こんにちは!理系大学生のティロといいます。

 

今回は恒星がどのように生まれ寿命を遂げるのか、その過程をお話ししたいと思います。

 

恒星は暗黒星雲から生まれる

暗黒星雲とは暗黒という文字通りの見た目は暗い星雲です。この暗黒星雲には水素やヘリウムが多く存在し、温度がマイナス263℃からマイナス243℃と非常に低温の世界です。暗黒星雲の水素やヘリウムが恒星の材料となります。

しかしどのようにして恒星の材料が集まるのか、はっきりとしたことは分かりません。何らかのきっかけで物質が集まり、質量が増えると重力も大きくなるためだんだんと周りの物質を引き寄せて次第に大きくなります。やがて大きくなり原始星となります。

暗黒星雲で有名なのは馬頭星雲です。名前の通り馬に似ていることからこの名前がつきました。オリオン座に位置し、ところどころに赤く光っているのは紫外線を受けて水素が電離したものです。

 

馬頭星雲
馬頭星雲

出典:Space Images | Horsehead Nebula

 

原始星

暗黒星雲で星の材料となる水素やヘリウムが集まると自身の重力で周りの塵やガスを取り込みます。

水が一つの穴に渦を描いて落ちていくように原子星の周りにもガスや塵が渦のような円盤が原始星の周りに出来ます。そしてだんだんと大きく成長してきます。

 

原始星は上下にジェットを放出して取り込んだ塵やガスの一部を放出しています。その理由として考えられているのが、磁力線の働きによるものであると考えられています。

 

太陽の場合この状態が約10万年続いた後、円盤が薄くなりやがて薄い円盤の中から惑星が作られます。

 

質量によって異なる寿命

恒星の質量によって寿命が違います。恒星の質量が大きいほど寿命を小さく、質量が小さいほど寿命は長いです。

この理由は質量が大きいほど、重力が大きくなり恒星内部で圧縮され温度が高くなります。温度が高いと核融合反応が激しくおきるので燃料である水素を多く消費します。

逆に質量が小さい恒星は内部の温度が低く、核融合反応も激しくないため燃料を消費しづらく、より長く生きます。

 

褐色矮星の場合

太陽の質量の0.08倍の原始星は内部の温度が上がらずに核融合反応が起きません。この天体を褐色矮星(かっしょくわいせい)といいます。

しかし少ない重水素が核融合反応することで内部の温度は1000℃程度といわれています。

重水素の割合は少ないので核融合反応はすぐに終わり、褐色矮星はだんだんと冷えていきます。また水素が核融合反応しないため燃料を消費しないので寿命は定義できません。

 

赤色矮星の場合

質量は太陽より小さく、表面温度が約2000℃程度です。温度が低いため赤く光っています。太陽は6000℃、黒点が4000℃です。

赤色矮星は小さいため燃料の消費が少ないです。なので寿命が数兆年といわれ、我々が知る宇宙の年齢は137億歳なので宇宙が誕生してから寿命を遂げた赤色矮星は1つもありません。

赤色矮星で有名なものはプロキシマ・ケンタウリという恒星で太陽系から4.3光年離れています。太陽系に最も近い恒星です。

またトラピスト1も赤色矮星です。トラピスト1は地球のような岩石惑星でハビタブルゾーンに位置している惑星があることで有名です。

ハビタブルゾーンとは大雑把にいうと水が存在できる領域のことです。

水の存在からトラピスト1に生命がいる可能があります。

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系外惑星の地表

にトラピスト1について書きました。

赤色矮星は核融合反応で水素を使い果たしても赤色巨星とならずそのまま白色矮星となると考えられています。

 

太陽の場合

太陽の場合は水素を燃やしているので寿命は約123憶年といわれています。

現在、太陽は約46億歳なので残り80憶年ぐらいは燃え続けます。最終的には燃料の水素を使い果たし、核融合反応がいったん止まり、太陽は膨張していきます。これを赤色巨星といいます。

その後は赤色巨星の外側のガスが宇宙に散り、中心部のみが残ります。この中心部を白色矮星といいます。

太陽についてはこちらの記事に詳しく書きました。

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太陽の8倍から25倍の質量をもつ恒星の場合

見た目は青く、約2000万年燃え続けます。最後は超新星爆発をおこして中性子星となります。

中性子性は中性子で構成されており、非常に高密度な天体です。角砂糖1個分で約10憶トンの密度です。

また中性子星の大きさは半径20キロメートル程度で質量を太陽と同じくらいといわれています。

中性子星になる前は太陽よりも大きかった天体が超新星爆発により非常に小さな天体になると回転する速度が上がります。なので中性子星は高速で回転しています。

 

太陽の25倍以上の質量をもつ恒星の場合

寿命はたったの500万年程度で核融合反応が終わると超新星爆発を起こします。超新星爆発の後に残った天体の密度は1立方センチメートルに200億トンになります。重力が大きすぎるため、天体の形を維持できません。天体はどこまでも収縮してやがてブラックホールになります。