별의 특성_H-R도와 별의 종류

 

(3) 별의 광도와 크기

① 슈테판 볼츠만 법칙 : 흑체가 단위 시간에 단위 면적당 방출하는 에너지양(E)은 표면 온도(T)의 4제곱에 비례한다.

 

② 별의 광도 : 별이 단위 시간 동안 방출하는 에너지의 양을 광도(L)라고 한다. 반지름이 R인 별의 광도는 별의 표면적과 별이 단위 시간 동안 단위 면적에서 내보내는 에너지양을 곱하여 얻을 수 있다.

▶ L=4πR²·σT⁴

 

③ 별의 반지름 : 별의 스펙트럼을 분석하여 표면 온도(T)를 알아내고, 별의 절대 등급을 이용하여 별의 광도(L)를 알아내면 별의 반지름(R)을 구할 수 있다.

 

(4) 별의 광도 계급

① 여키스 천문대의 모건과 키넌은 분광형이 같더라도 별의 반지름이 클수록 스펙트럼 흡수선의 선폭이 좁아지는 것을 발견하고, 새로운 별의 분류법을 고안하였다.

 

② 같은 분광형을 가지는 별들의 스펙트럼에 나타나는 흡수선의 선폭을 비교하여 별의 크기를 알 수 있고, 이를 이용하여 광도를 결정할 수 있다. 이와 같은 방법을 이용하면같은 분광형을 가진 별들을 광도에 따라 분류할 수 있는데, 이를 광도 계급이라고 한다.

 

③ 별의 고아도는 표면 온도와 반지름에 의해 결정되므로, 분광형이 같더라도 별의 광도가 다를 수 있다. 

 

④ 광도 계급은 별을 Ⅰ~Ⅳ(백색 왜성을 포함하면 Ⅰ~Ⅶ)으로 분류하며, 분광형이 같을 때 광도 계급의 숫자가 클수록 별의 반지름과 광도가 작아지낟.

 

④ 태양은 표면 온도가 약 5800K이고 주계열성에 해당하므로, 태양의 분광형과 광도 계급은 G2Ⅴ이다.

 

※ 광도 계급

별의 표면 온도와 광도를 고려하여 별을 분류한 것이다. 별의 크기와 광도는 광도 계급Ⅰ이 가장 크고, 숫자가 커질수록 작아진다.

 

광도 계급	별의 종류
Ⅰa	밝은 초거성
Ⅰb	덜 닭은 초거성
Ⅱ	밝은 거성
Ⅲ	거성
Ⅳ	준거성
Ⅴ	주계열성(왜성)
Ⅵ	준왜성
Ⅶ	백색 왜성

 

 

2. H-R도와 별의 종류

(1) H-R도 :

20세기 초 덴마크의 헤르츠스프릉은 별의 분광형과 절대 등급의 관계를 알아보기 위해 그래프를 만들었다. 비슷한 시기에 미국의 천문학자 러셀도 별의 표면 온도(분광형)와 광도(절대 등급) 사이의 관계를 그래프로 그려 분석하였다. 가로축을 별의 분광형(또는 표면 온도), 세로축을 별의 절대 등급(또는 광도)을 하였으며, 별의 표면 온도, 광도, 반지름과 같은 무리적인 특성을 파악하기 쉽다. 이 그래프를 두 천문학자 이름의 첫ㅎ글자를 따서 H-R도라고 한다.

 

(2) 별의 종류

① 주계열성 : H-R도의 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 대각선을 따라 분포하는 별들로, 모든 별의 약80~90%가 주계열성에 속한다.

▶ 왼쪽 위에 분포할수록 표면 온도가 높고 광도가 크며 반지름과 질량이 크고, 오른쪽 아래에 분포할수록 펴면 온도가 낮고 광도가 작으며 반지름과 질량이 작다 예)태양, 스피카, 시리우스A

 

② 거성 : 주계열의 오른쪽 위에 분포하는 별들로 붉은색을 띤다. 표면 온도는 낮으나 반지름이 매우 커서 광도가 크다. 반지름은 태양의 10배~100배이며, 광도는 태양의 10배~1000배이다. 예) 알데바란A, 아르크투루스

 

③ 초거성 : H-R도에서 거성보다 더 위쪽에 분포하는 별들로, 반지름이 태양의 수백 배~1000배 이상인 초대형 별이다. 광도는 태양의 수만 배~수십만 배로 매우 크지만, 표면 온도는 낮고 평균 밀도가 매우작다. 예) 베텔게우스, 안타레스

 

④ 백색 왜성 : H-R도의 왼쪽 아래에 분포하는 별들로, 표면 온도가 높지만 반지름이 매우 작아 어둡게 보이며, 평균 밀도는 태양의 100만 배 정도로 매우 크다. 예)시리우스B

 

※ H-R도

가로축에 표면 온도나 분광형 또는 색지수를, 세로축에 절대 등급 또는 광도를 나타낸 그래프이다. H-R도에서 주계열성의 수가 다른 집단에 비해 많은 이유는 별이 진화 과정 중 주계열 단계에서 가장 오랫동안 머무르기 때문이다.

 

※ H-R도에서 별의 물리량 변화

가로축의 왼쪽으로 갈수록 별의 표면 온도가 높고, 세로축의 위로 갈수록 별의 광도가 크다. 또한 오른쪽 위로 갈수록 별의 반지름이 크고, 아래로 갈수록 별의 밀도가 크다.