この実験について
星の表面温度と放出する光の量をもとに星をプロットすると、星はランダムに散らばりません。ほとんどの星は主系列と呼ばれる斜めの帯に集まり、その上には少数の低温ながら非常に明るい巨星が、下には高温ながら暗い白色矮星があります。プロキシマ・ケンタウリからリゲルまで、実在する32個の星を調べ、任意の質量の星を作ってその位置を確かめ、さらに星団を年齢とともに変化させて、主系列が上端から崩れていく様子を観察しましょう。
学習目標
- ヘルツシュプルング・ラッセル図から光度、温度、スペクトル型を読み取ろう
- L = 4πR²σT⁴ を使って、巨星は低温なのに明るく、白色矮星は高温なのに暗い理由を説明しましょう
- 質量が主系列星の位置、光度、寿命をどのように決めるか説明しよう
- 星団の主系列離脱点から、星団の年齢がどのように分かるか説明しましょう
- 図の主な領域と、それぞれが表す恒星進化の段階を挙げましょう
使い方
- 1太陽、次にシリウスBとベテルギウスをクリックしてください。最も高温なのはどれですか。最も明るいのはどれですか。最も大きいのはどれですか。等半径線を使ってください。
- 2温度がほぼ同じなのに、光度が大きく異なる星を2つ見つけてください。それらの何が異なっているはずですか。
- 3太陽質量の0.1倍の星と10倍の星を作ってください。光度、色、寿命を比較しましょう。
- 4主系列での寿命が宇宙の年齢（約138億年）と等しくなる質量を見つけてください。
- 5星団の年齢を300万年から100億年まで変えてください。主系列離脱点がどのように移動するか、また主系列の下に何が現れるかを説明しましょう。
- 6星団のボタンを使ってください。プレアデス星団、ヒアデス星団、M67の主系列離脱質量を推定し、星団を年齢順に並べてください。
モデル
前提条件
- 恒星のデータは、文献値を丸めたものです。多くの明るい恒星は変光したり、距離が不確かだったりするため、公表されている光度には10〜30%の差があります。
- 主系列星の光度と半径は、質量に対する区分的なべき乗則に従います。これは数十パーセント程度の精度で成り立つ近似であり、恒星モデルではありません。
- この星団は、固定シードを用い、太陽質量の0.4〜20倍の範囲でサルピーター質量関数に従って抽出した700個の恒星で構成されています。
- 主系列を離れた恒星は巨星領域へ移り、より軽い恒星は白色矮星として最期を迎えます。太陽質量の8倍を超える恒星は超新星として最期を迎えます。これらの後期段階での位置は模式的なもので、進化経路を示すものではありません。
- 点の大きさは半径の対数に応じて大きくなるため、太陽の千倍の幅を持つ超巨星も、図では数倍の大きさにしか描かれません。
授業で試してみましょう
- Q1星Xは太陽と同じ温度で、光度は太陽の100倍です。その半径は太陽と比べてどうでしょうか？
- Q2シリウスBは太陽より高温ですが、明るさは太陽の18分の1です。このことから、その大きさについて何が分かりますか？
- Q3大質量星は燃料が多いのに、なぜ寿命が短いのでしょうか？
- Q4ある星団の主系列星には、太陽質量の2倍を超える星がありません。その年齢を推定してください。
- Q5わずか1,000万歳の星団に白色矮星が存在しないのはなぜですか？
よくある質問
なぜ温度の目盛りは逆向きに描かれているのですか？
この図はもともと、スペクトル型を高温から低温の順にO、B、A、F、G、K、Mと並べた図でした。天文学者たちは温度に切り替えた後もこの順序を保ったため、高温の星が左側に位置しています。
星は年を取るにつれて主系列上を移動するのでしょうか？
ほとんど移動しません。星は生涯の大半を主系列上のほぼ同じ位置で過ごし、中心核にヘリウムが蓄積するにつれてゆっくりと明るくなります。その位置は主に質量によって決まります。大きく移動するのは、中心核の水素が尽きたときだけです。
最初の図を作ったのは誰ですか？
エイナー・ヘルツシュプルング（1911年）とヘンリー・ノリス・ラッセル（1913年）は、それぞれ独立に、明るさを色またはスペクトル型に対してプロットしました。ラッセルは、同じ色の巨星と矮星では明るさが大きく異なることに気づき、星の大きさも大きく異なることが示されました。