적색거성

소개

질량은 태양의 0.4배~8배의 별이 주계열 단계를 마치고 나타나는 단계이다. 분광형은 M, K형이며 표면온도는 1973K~5273K대의 천체이다. 이보다 더 뜨거우면 황색 거성이라고 하며, 적색초거성과도 구별된다.

물론 분광형 K형은 오렌지색 거성으로 구별하기도 하지만, 학계에서는 분광형 K형도 몽땅 적색거성으로 불리는 경우도 많다.

특징

적색거성은 헬륨 핵융합을 준비하기 위한 단계이거나 헬륨 핵융합을 막 마치고 질량 방출 단계인 점근 거성 가지 단계로 넘어가기 전의 사이의 단계의 항성을 뜻한다.(점근거성가지 단계도 적색거성으로 취급하는 경우도 많다.) 지름은 태양의 5~500배에 이르며 밝기도 태양의 10~1만배에 이른다. 표면온도가 차갑고 전체의 평균 밀도는 매우 낮지만 내부 중심핵의 밀도는 400g~10kg/㎤에 이른다.

적색거성은 헬륨을 태우기 위한 준비를 하는 단계의 별이므로 초기에는 서서히 계속 커지고 부풀게 된다.

내부의 헬륨핵 바로 바깥의 수소가 뜨거워져 핵융합을 하기 때문이다. 껍질 수소 핵융합은 밀도 높은 헬륨핵의 대류가 되지 않으므로 에너지는 대류를 못하고 외곽으로만 방출되게 된다. 이것이 궁극적으로 별을 팽창시키게 되는데 껍질 수소 핵융합으로 인해 생성된 헬륨이 중심핵에 계속 쌓이므로, 중심핵은 계속 뜨거워지고 결과적으로 껍질 수소 핵융합은 조금씩 과격해지므로 별은 더 크게 팽창하게 된다.

에너지에 비해 별이 더욱더 팽창하여 표면온도는 결과적으로 낮아지게 되어 분광형 K형으로 되게 되면 적색거성으로 된다. 태양은 109억살때 주계열을 마친 후 준거성이 되고 116억살에 적색거성 가지 단계를 밟게 되며 122억 3500만살에 헬륨 핵반응을 시작하게 된다. 즉 준거성 때 계속 팽창하여 표면온도가 식어 적색거성이 되고 이후 6억 3500만년간 계속 팽창하게 된다. 헬륨 융합이 시작되면 내부의 중심핵의 대류가 시작되므로 제 2의 주계열 단계인 오렌지색 거성이 된다.

학계에서는 헬륨 융합을 하는 별이나 분광형 K형은 오렌지색 거성으로 구분하여 불리기도 하지만, 분광형 K, M 전부다 적색거성으로 불리기도 한다.

즉 헬륨 융합을 하는 별은 적색거성이라 불려도 무방하지만, 구분하여 안정된 적색거성으로 불려도 된다. (오렌지색 거성으로 구분하여 불려도 된다.)

헬륨 핵융합 단계가 끝난 후에도 이와 같다. 다만 내부에 탄소와 산소핵은 온도와 밀도가 더욱더 뜨겁기 때문에 외부 껍질의 헬륨과 수소는 더욱더 강하게 핵융합을 하게 되어 별을 극도로 팽창시킨다. 이후 수축과 팽창을 반복하는 점근거성가지 단계에서의 핵융합은 너무나 강력해서 별의 핵반응 주위의 밀도와 온도까지 낮아지게 된다. 그렇게 되면 별의 핵융합은 줄어들어 별은 질량을 방출하면서 내부는 수축하고 전체적으로 별의 광도는 낮아진다. 그러면 핵반응 주위의 밀도는 다시 높아지게 되고 온도도 높아져 다시 과격한 핵반응을 일으키는데 다시 별은 크게 팽창하고 밝아진다. 이러한 단계를 계속 반복하다보면, 자신의 질량을 모두 다 방출하고 백색왜성으로 된다.

태양의 경우 두번째 적색거성단계를 2000만년간 겪게 되는데 이러한 점근거성가지 단계를 50만년간 겪게 된다.

적색거성은 태양 질량의 16%를 넘어선 항성의 말년에 나타나는 단계이다. 질량이 태양의 16~25%이하의 적색왜성들은 말년에 적색거성으로 부풀지만 질량이 낮아 그렇게 크게 부풀지는 않는다. 질량이 20%인 항성의 경우 지름이 최대 135만km까지 부풀게 되어 사실상 적색거성이라 하기도 그렇다.

다만 질량이 태양의 0.25배를 넘게 되면 태양 지름의 5배까지 부풀게 되므로 여기서부터는 적색거성이라 해도 된다.

태양 질량의 0.35배가 넘어가면 지름이 5000만km이상 부풀수 있다. 하지만 헬륨을 융합 할려면은 태양질량의 0.5을 넘어야하기에 행성상성운 으로 질량을 방출하며 헬륨 백색왜성으로 진화한다.

태양 질량의 0.5배를 넘어가면 첫번째 적색거성 단계를 거친 후 헬륨 핵융합을 할 수 있다. 즉 이 질량에서의 적색거성은 헬륨 핵융합을 준비하기 위한 단계라 할 수 있다. 헬륨 핵융합을 마치고 점근거성가지 단계로 넘어가기 전의 단계이기도 한다.

태양 질량의 8배가 넘어가면 탄소 핵융합을 일으킬 수 있으므로 이 단계의 별은 적색초거성으로 진입할 수 있다. 따라서 적색거성은 아무리 거대해도 태양 질량의 8배를 넘지 못한다. 적색거성이 수명을 마치면 탄소-산소로 이루어진 백색왜성을 남기게 되지만, 백색왜성이 동반성인 경우 백색왜성으로 인해서 껍질이 파괴되고 헬륨 백색왜성을 남긴다. 아니면 태양 질량의 0.5배 이하인 경우에도 헬륨 백색왜성으로 진화한다.