거성으로의 진화

거성으로의 진화

목차       

1. 주계열성의 끝
2. 적색 거성으로 진화
3. 핵융합으로 생성되는 원소와 반응 온도

주계열성의 끝

주계열성이 끝날 무렵에는 별 중심부의 수소가 모두 소모되어 수소 핵융합이 멈추고 헬륨으로 된 중심핵만 남는다.

에너지 발생이 중단되면 급격한 중력 수축이 일어나고 중심부 온도가 올라간다.

적색 거성으로 진화

중심부 온도가 상승하면 중심의 헬륨핵 주변에서 수소 핵융합이 다시 시작되어 별의 겉부분이 팽창하여 거대해진다.

팽창한 표면부의 온도는 약 3,000K 정도가 되고 붉게 보이기 때문에 적색 거성(red gaint)이라고 한다.

헬륨으로 이루어진 중심부가 더욱 수축하여 1억 K까지 가열되면 헬륨 핵융합 반응이 시작된다. 중심부의 주변에서는 수소핵융합 반응이 여전히 진행된다.

별의 크기는 별 내부의 핵반응에 의한 기 체 압력과 질량에 의한 중력에 의해 결정 된다.
주계열성의 내부는 중력과 압력이 평형을 이루고 있으므로 크기가 일정하다. 그러나 거성으로 진화하면 기체 압력이 커져 별이 팽창한다.

핵융합으로 생성되는 원소와 반응 온도

반응하는 원소	생성되는 원소	반응 온도
수소	헬륨	천만K
헬륨	탄소	1억K
탄소	네온, 나트륨, 마그네슘	8억K
네온	산소, 마그네슘	15억K
산소	규소, 황, 인	20억K
규소	철	30억K

무거운 원소를 생성하는 반응일수록 온도가 매우 높아야 한다.

수소 핵융합 반응은 주계열성에서, 나머지 반응은 거성 이후의 진화 과정에서 일어난다.

철보다 무거운 원소들은 대부분 무거운 별의 내부에서 합성된 것이다.

(1) 주계열성
* 내부구조

* 중심부의 핵융합 반응
수소 핵융합 반응

* 생성 원소
수소 핵융합으로 중심부에 헬륨핵 생성

* 특징
질량이 클수록 주계열성단계에서 적색 거성으로 더 빨리 진화
기체압과 중력이 평형을 이루어 별의 크기는 일정하게 유지

(2) 적색 거성, 초거성
* 내부구조

* 중심부의 핵융합 반응
헬륨 핵융합 → 탄소 핵융합 → … → 규소 핵융합
별이 진화하면서 내부 온도가 높아져 더 무거운 원소의 핵융합까지 일어난다.

* 생성 원소
질량이 작은 별(태양의 10배 이하) : 헬륨 핵융합으로 탄소핵 형성
질량이 큰 별(태양의 10배 이상) : 규소 핵융합까지 일어나 철핵 형성

* 특징
별의 겉표면이 팽창하며 표면 온도가 낮아져 붉게 보인다.
표면 온도는 주계열성보다 낮으나, 중심부의 온도는 더 높다.
별의 내부에서 생길 수 있는 가장 무거운 원소는 철이다.
별 중심부에서 철이 생성되면 더 이상 핵융합 반응이 일어나지 않는다. (철은 자연계에서 가장 안정한 원자핵이기 때문에 자발적인 핵융합 반응으로는 철보다 무거운 원소가 형성될 수 없다.)

관련문제

01.다음 그림 (가), (나)는 태양과 비슷한 질량을 가진 별의 진화 단계에서 나타나는 두 별의 내부 구조를 나타낸 것이다. 그림에 대한 설명으로 옳은 것을 〈보기〉에서 모두 고른 것은?

ㄱ. (가)는 (나)보다 반지름이 작다.
ㄴ. (가)는 (나)보다 별의 중심부 온도가 높다.
ㄷ. (가) 별이 진화하여 (나)와 같은 별이 된다.

1. 1. ㄱ
2. 2. ㄴ
3. 3. ㄱ, ㄷ
4. 4. ㄴ, ㄷ
5. 5. ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 및 해설

정답

3

해설

(가)는 주계열성이고, (나)는 적색 거성 단계이다. (가) → (나)로 진화하면 반지름은 커지고 표면 온도는 낮아지며 중심부 온도는 높아진다.

02.갓 태어난 별(주계열성)에 대한 다음 〈보기〉의 설명 중 옳은 것을 모두 고른 것은?

ㄱ. 중심부에서 수소 핵융합 반응이 일어난다.
ㄴ. 헬륨이 탄소로 변화하는 과정이 진행된다.
ㄷ. 내부 압력보다 중력이 더 강하므로 계속 수축한다.

1. 1. ㄱ
2. 2. ㄴ
3. 3. ㄷ
4. 4. ㄱ, ㄴ
5. 5. ㄱ, ㄷ

정답 및 해설

정답

1

해설

갓 태어난 별(주계열성)의 내부에서는 수소가 헬륨으로 변하는 수소 핵융합 반응이 일어나고, 중력과 기체 압력이 평형을 이루어 별의 크기는 일정하게 유지된다.