【分かりやすく説明】恒星からブラックホールが出来るのか ~恒星の一生~

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恒星とは、核融合のエネルギーによって自ら光を発している星です。

私たちにとって一番身近な恒星は、太陽です。

では、恒星である太陽は、この広い宇宙でどのように出来、どのように一生を終えるのでしょうか。

ここでは、恒星の一生をお伝えします。



ガスや塵が集まって生まれる恒星の始まり

宇宙空間には、「星間物質」というガスや塵が漂っています。

その「星間物質」が、何らかの影響によって乱れが生じると、粒子が集まって徐々に大きくなり、「星間分子雲」が生成されます。

星間分子雲の質量が大きくなると、内部で収縮が起こり、重力が強くなって温度が上昇します。

そして、その放射熱によって発光が始まるのです。

これが恒星の誕生であり、この状態を恒星の「原始星」と呼びます。

原始星から成長する恒星

恒星の原子星が生成されると、その次は質量によって出来上がってくる恒星の種類が変わってきます。

原始星が、さらに周囲のガスを取り込んで成長し、内部で水素を燃やす核融合反応が始まると「恒星」となります。(※核融合反応とは、内部になる水素原子と水素原子が融合し、ヘリウムが生成されます。その際にエネルギーを放射します。)

私たちの身近にある太陽がこの「恒星」であり、恒星の分類としては、「主系列星」とも呼ばれています。

太陽から放射されている熱は、核融合反応の際のエネルギーなのです。

しかし、収縮した物質の質量が足りず、核融合反応が起きない恒星は「褐色矮星」となります。

 

そしてさらに、主系列星の中心部で核融合反応が進んでいくと、やがて内部の水素は核融合で使い果たされ燃え尽き、今度は恒星の表面近くの水素を燃やすようになり膨張が始まります。

このような恒星を「赤色巨星」と呼びます。

約50憶年後には、主系列星である太陽は、金星を飲み込むほどのサイズの赤色巨星になると考えられています。

 

また、赤色巨星の中でも、特に明るく質量が大きい恒星を「赤色超巨星」といいます。

私たちがよく知っているオリオン座の左上に位置するペテルギウスは、太陽の約1000倍の大きさを持つ赤色超巨星です。

質量の違いによって異なる星の一生

赤色巨星となった恒星は、その質量によって今後の運命が決まります。

太陽の8倍程度までの軽い恒星の一生

太陽の8倍程度の質量よりも軽い恒星は、表面のガスが重力を振り切り徐々に外へ流れ出ます。

ガスが無くなると核融合反応が起こらなくなり、重力によって収縮し、青白く輝く「白色矮星」となります。

太陽の8倍以上の重い恒星の一生

太陽の8倍以上の質量の重い恒星は、赤色巨星(あるいは赤色超巨星)になった後も核融合反応を続けるが、反応が進んで燃やすものが無くなり中心核が鉄になると、それ以上核融合反応をする事が出来ません。

しかしながら、重力による中心部への収縮は継続し、温度は上昇し続けます。

やがて、中心部の温度が約100億度に達すると一気に崩壊が進み、その衝撃波が星を吹き飛ばします。

この爆発を「超新星爆発」といいます。

超新星爆発を起こした後は、星を構成していた物質が放出され、やがては「星間物質」となり、そこでまた新たな恒星が誕生する…というサイクルです。

超新星爆発によって生成される、中性子星とブラックホール

超新星爆発によって恒星の質量の大部分は吹き飛ばされますが、中心核は「中性子星」として宇宙空間に残ります。

中性子星の半径は10km程度しかありませんが、質量は太陽と同じくらいあります。

また、元の質量が太陽の20倍以上もある赤色超巨星が超新星爆発を起こした場合は、その後、中心核で重力崩壊が起こり、「ブラックホール」となるのです。

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