天文学入門講座第４回 恒星 星座を形作る『恒星』の種類、星の一生についてお話しします

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1 天文学入門講座第４回 恒星 星座を形作る『恒星』の種類、星の一生についてお話しします
天文学入門講座第4回（ ） 天文普及ボランティア 浅井　直樹

2 今日は…

3 本日のテーマ 恒星とは Q1. 太陽と地球の違いは何？ Q2. 夜空にあるたくさんの星と太陽は何が違うの？ 恒星を分類する
Q5. HR図って何？ Q6. 星を分類すると何かいいことはあるの？ 恒星の一生 Q7. 星はどうやって生まれたの？太陽は？ Q8. 太陽はこれからどうなるの？

4 宇宙には、色々な種類の“天体”が存在する
1. 恒星とは 【宇宙には何がある？】 天体とは・・・ 恒星（太陽）・惑星・星雲・星団・銀河・星間物質、 衛星（月）など、宇宙に存在する物体の総称 宇宙には、色々な種類の“天体”が存在する

5 1. 恒星とは 【恒星とは】 太陽と同様、自ら熱と光を出し、天球上の相互の 位置をほとんど変えない星 　（大辞泉より） 北斗七星（おおぐま座）

6 【惑星・衛星】 Q1. 太陽と地球の違いは何？ 惑星：恒星（太陽）の周囲を主に恒星の重力の 影響を受けて公転し、自らは発光しない天体。
1. 恒星とは 【惑星・衛星】 惑星：恒星（太陽）の周囲を主に恒星の重力の　　　 　 影響を受けて公転し、自らは発光しない天体。 Q1. 太陽と地球の違いは何？ 衛星：惑星の周囲を惑星の重力の影響を受けて公転し、 　　自ら発光しない天体。 木星のガリレオ衛星 月

7 A2. 太陽も夜空の星も、同じ恒星の仲間。 太陽は、我々にものすごく近い場所にある。 恒星の中では、太陽ってどんな恒星なの？
1. 恒星とは 【太陽と恒星】 もし、我々が太陽からどんどん遠ざかって行ったら・・・ Q2. 夜空にあるたくさんの星と太陽は何が違うの？ A2. 太陽も夜空の星も、同じ恒星の仲間。 太陽は、我々にものすごく近い場所にある。 恒星の中では、太陽ってどんな恒星なの？ きっと、夜空に輝く星と同じように見えるはず きっと、地球に住む我々と同じように 恒星を間近に見ている生命はいる！

8 星の数ほど星はある！ 【宇宙に星はどのくらいある・・・】 夜空に目で見える星の数・・・約６０００個 我々の天の川銀河には・・・約２０００億個
1. 恒星とは 【宇宙に星はどのくらいある・・・】 星の数ほど星はある！ 夜空に目で見える星の数・・・約６０００個 我々の天の川銀河には・・・約２０００億個 宇宙全体には・・・約１０の26乗個（1兆の1兆倍の100倍）

9 【様々な星を眺める】 【 プレアデス星団（すばる） 】 1. 恒星とは ・星が群れているところ ・若い星が集まっている
　→同じ分子雲から生まれた

10 1. 恒星とは 【様々な星を眺める】 【 アンドロメダ銀河の球状星団 】 ・星が多く集まっている場所 ・非常に古く、老齢の星が集まっている

11 1. 恒星とは 【様々な星を眺める】 【 惑星状星雲　M2-9 】

12 1. 恒星とは 【様々な星を眺める】 【 渦巻銀河　M６３】

13 【太陽に一番近い星は・・・】 【天文学で使う距離の単位】 ケンタウルス座α星 約４．３ 光年 光の速度でも4年以上かかる！
1. 恒星とは 【太陽に一番近い星は・・・】 ケンタウルス座α星 約４．３ 光年 光の速度でも4年以上かかる！ 太陽と地球の距離の27万倍 【天文学で使う距離の単位】 地球 太陽 １AU ［太陽と地球の間の距離］ AU（天文単位） １AU～1億5千万 km ［光が一年かけて進む距離］ 光年 １光年～9兆5千億 km～6万 AU

14 何を基準にして星を分類したら良いのでしょう？
2. 恒星を分類する ２．恒星を分類する 何を基準にして星を分類したら良いのでしょう？ ポイントは… 我々が知ることのできるもの なるべくわかりやすい 本質をとらえている

15 2. 恒星を分類する 【基準１：星の温度〜色々な色〜】

16 【基準１：星の温度〜熱い星、熱くない星〜】
2. 恒星を分類する 【基準１：星の温度〜熱い星、熱くない星〜】 Q3. なんで色が違うの？ 青っぽい星ほど温度が高い！ スピカ（Ｂ） プロキオン（Ｆ） ベテルギウス（Ｍ）

17 2. 恒星を分類する 【基準1：星の温度〜スペクトル型〜】 ★　　　★　 　★　 　★ スペクトルを調べれるだけで、星の表面温度はわかる！

18 【基準１：星の温度〜熱い星、熱くない星〜】
2. 恒星を分類する 【基準１：星の温度〜熱い星、熱くない星〜】 スペクトル型 O　　　　B　　　　A　　　　Ｆ　　　　G　　　　K　　　　M G0 G1 G2 … G9 各型それぞれ高温な方から0〜9と番号が振られる Oh Be A Fine Girl(Guy), Kiss Me!

19 【基準２：明るさ〜明るい星、暗い星〜】 星の明るさは、等級で表す 実視等級（m）：見かけの明るさ
2. 恒星を分類する 【基準２：明るさ〜明るい星、暗い星〜】 星の明るさは、等級で表す 実視等級（m）：見かけの明るさ 絶対等級（M）：本来の明るさ （星を同じ距離に置いたときの明るさ） 絶対等級の求め方 見かけの明るさ（m）と星までの距離（d）を使って求める 距離（d）の求め方：年周視差や変光星 星本来の明るさは何で決まっているのか？　 〜星の大きさ（面積）と温度

20 【基準２：星の明るさ～等級～】 6等星 5等星 4等星 3等星 2等星 1等星 2. 恒星を分類する 2.5倍 2.5倍 2.5倍 2.5倍

21 【基準２：明るさ〜距離と明るさの関係〜】 近くにあるほど→より明るく 遠くにあるほど→より暗く 見えるという関係がある
2. 恒星を分類する 【基準２：明るさ〜距離と明るさの関係〜】 2 1 距離 1 2 ２倍の距離 → 明るさは1/4倍 ３倍の距離 → 明るさは1/9倍 近くにあるほど→より明るく 遠くにあるほど→より暗く　 見えるという関係がある 実視等級（星の距離がバラバラ）からでは、 星の本質はわからない

22 Q4. 星の明るさ（絶対等級）ってどういうこと？
2. 恒星を分類する 【基準２：明るさ〜明るい星、暗い星〜】 恒星 実視等級 絶対等級 （本来の明るさ） 太陽 -27 等級 （１億５千万km） 5 等級 シリウス -1.5 等級 （８．６光年） 1.4等級 リゲル 0 等級 （８００光年） -8.1等級 北極星 2等級 （４００光年） -3.2等級 Q4. 星の明るさ（絶対等級）ってどういうこと？ A4. とりあえず、星の大きさと温度で決まる

23 【「基準１：温度」と「基準２：明るさ」の関係】
2. 恒星を分類する 【「基準１：温度」と「基準２：明るさ」の関係】 温度が高いと明るい？ 鉄を熱する… はじめはぼんやり赤く光る。 高温になると白っぽくて明るくなる。 オリオン座を見ると？ リゲル（青い星）、ベテルギウス（赤い星） どれも１等星よりも明るいが… 星本来の明るさは… 星の大きさと温度に関係していたけど…いまいち…？？？ この二つの関係をグラフにして みればよい！→ HR図

24 ワークシート HR図をつくってみよう！ ・データを図上にプロットして下さい ・わからないことはスタッフにどうぞ 明るい
2. 恒星を分類する ワークシート HR図をつくってみよう！ ・データを図上にプロットして下さい ・わからないことはスタッフにどうぞ 明るい 星の明るさ（絶対等級） HR（ヘルツシュプルング・ラッセル）図：縦軸に絶対等級、横軸にスペクトル型 （表面温度）をとった恒星の分布図 暗い B A F G K M 青い 赤い スペクトル型

25 【HR図から何が読み取れるか？】 Q5. HR図って何？ A5. 色と明るさで、星を分類した図 斜めの線に多くの星が分布
2. 恒星を分類する 【HR図から何が読み取れるか？】 斜めの線に多くの星が分布 低温の星（赤）は暗い 高温の星（青）は明るい 右上のグループ 温度は低いけど、明るい。 左下のグループ 温度は高いけど、暗い。 明るい 同じ色の星なのに明るさが違う！ 星の構造に違いがありそうだ！ 暗い 青い 赤い Q5. HR図って何？ A5. 色と明るさで、星を分類した図

26 3．星の一生 Q6. 星を分類すると何かいいことはあるの？

27 【 星は永遠か？ 】 星にも寿命がある ・太陽は水素の核融合で光る ・太陽の質量は無限ではない ・水素95.1% ヘリウム4.8%
3.　恒星の一生 【 星は永遠か？ 】 ・太陽は水素の核融合で光る ・太陽の質量は無限ではない 星にも寿命がある ・水素95.1% ヘリウム4.8% ・1,900,000,000,000,000,000,000,000,000,000kg

28 【星が生まれるとき＠オリオン座】 星は、星間ガスが集まった星雲（分子雲）から生まれる！ オリオン大星雲 可視光 電波（分子雲の分布）
3.　恒星の一生 【星が生まれるとき＠オリオン座】　 星は、星間ガスが集まった星雲（分子雲）から生まれる！ オリオン大星雲 可視光 電波（分子雲の分布） オリオン大星雲 馬頭星雲 星間物質のかたまりから、星が誕生する 　宇宙空間はまったくの真空ではなく、非常にうすい水素やヘリウムのガスや、ちりのような星間物質がただよっています。これが星の原料になります。星間物 質のかたまりがまわりの星間物質を引きつけてしだいに大きくなり、やがて自分の引力でだんだん収縮していきます。そして、中心温度が約1000万度に達す ると原子核反応がはじまります。ここまでの期間を星の「収縮期」といい、太陽程度の質量の星では約5000万年かかります。

29 A7. 星間ガスの密度が高くなった領域（分子雲）が重力収縮して生まれた。
3.　恒星の一生 【星の誕生＠オリオン大星雲】 可視光 赤外線 トラペジウム（台形）：４重星 星間物質のかたまりから、星が誕生する 　宇宙空間はまったくの真空ではなく、非常にうすい水素やヘリウムのガスや、ちりのような星間物質がただよっています。これが星の原料になります。星間物 質のかたまりがまわりの星間物質を引きつけてしだいに大きくなり、やがて自分の引力でだんだん収縮していきます。そして、中心温度が約1000万度に達す ると原子核反応がはじまります。ここまでの期間を星の「収縮期」といい、太陽程度の質量の星では約5000万年かかります。 Q7. 星はどうやって生まれたの？ A7. 星間ガスの密度が高くなった領域（分子雲）が重力収縮して生まれた。

30 【生まれたばかりの星の集団】 プレアデス星団（すばる） 3. 恒星の一生 http://www2.edu.ipa.go.jp/gz/
3.　恒星の一生 【生まれたばかりの星の集団】 プレアデス星団（すばる） ・星が群れているところ ・若い星が集まっている 　→同じ分子雲から生まれた

31 【主系列星～星の活動期～】 主系列星の中での違いは？ 核融合反応（水素→ヘリウム） 中心部で発生したエネルギーは表面まで伝わり、星が輝く。
3.　恒星の一生 【主系列星～星の活動期～】 核融合反応（水素→ヘリウム） 中心部で発生したエネルギーは表面まで伝わり、星が輝く。 星の内部圧と重力が釣合う →安定した状態 星の一生のほとんど 太陽もこの状態 収縮期が終わると、いわば一人前の恒星―主系列星の時代です。この時期の恒星は、水素原子４個でヘリウム原子１個をつくる原子核反応によりエネルギーを放 出していきます。そのため、水素がだんだん減っていきヘリウムが増えていきます。主系列星の時代は星の一生のなかでもっとも長く、太陽程度の質量の星で約 100億年ぐらい続きます。私たちの太陽は誕生してから約46億年と考えられていますから、主系列星時代の中間ごろにあたります。 主系列星の中での違いは？

32 →重さの違い 【主系列星の仲間の違いは？】 明るくて青い（高温）星 暗くて赤い（低温）星 多くのガスから、大きくて重い星が形成
3.　恒星の一生 【主系列星の仲間の違いは？】 →重さの違い 明るくて青い（高温）星 明るい 多くのガスから、大きくて重い星が形成 中心温度が高くなり、多量のエネルギー 表面は高温（青）で、明るく光る 暗くて赤い（低温）星 少ないガスから、小さくて軽い星が形成 中心温度が低く、少量のエネルギー 表面は低温（赤）で、暗く光る 赤い 青い 暗い

33 【赤色巨星～星の老齢期～】 中心にヘリウムがたまる 中心部は冷えて縮む →温度上昇 水素の外層部は膨らむ →表面温度が低い赤い星
4.　恒星の一生 【赤色巨星～星の老齢期～】 ベテルギウス 中心にヘリウムがたまる 中心部は冷えて縮む →温度上昇 水素の外層部は膨らむ →表面温度が低い赤い星 ヘリウムの核反応 He H ヘリウム核と水素の2層構造 星の中心部にヘリウムが増えるとやがてヘリウム核ができ、原子核反応はその外側で進むようになります。ヘリウム核が重くなっていくと温度も上昇し星の外層 が膨張して、やがて赤色巨星という非常に大きな赤い星になります。太陽程度の質量の星の場合は、その後外層のガスを放出して収縮していき、最後には白色わ い星という小さな星になります。しかし質量が太陽よりはるかに大きい星は、巨星時代の最後に超新星爆発を起こします。巨星時代の長さは主系列星時代の約 10分の１程度です。 紫外線 アンタレス ベテルギウス

34 【HR図で赤色巨星を確認しましょう】 星は膨らんだので大きい（明るさの要因） 膨らんだ分、表面温度は下がる（赤）
3.　恒星の一生 【HR図で赤色巨星を確認しましょう】 明るい 太陽 星は膨らんだので大きい（明るさの要因） 膨らんだ分、表面温度は下がる（赤） →温度が低くて明るい星ができる 赤い 青い 暗い

35 3.　恒星の一生 【進化の分かれ道】 太陽程度の星 ・白色矮星へ進化 太陽よりも重い星 ・超新星爆発を経て 　中性子星やブラックホールへ

36 3.　恒星の一生 【惑星状星雲と白色矮星】 電子の縮退圧

37 【太陽程度の星：惑星状星雲と白色矮星】 Q８. 太陽はこれからどうなるの？ 赤色巨星の外層は離れていき惑星状星雲となる
3.　恒星の一生 【太陽程度の星：惑星状星雲と白色矮星】 赤色巨星の外層は離れていき惑星状星雲となる 白色矮星（white dwarf） ヘリウムの核反応で核反応はストップ 中心部は重力収縮 →太陽程度の質量の星が地球ぐらいの大きさ 電子の縮退圧 徐々に冷えていく 太陽の未来 砂時計星雲 Q８. 太陽はこれからどうなるの？

38 【HR図で白色矮星を確認しましょう】 赤色巨星の核が重力収縮して 小さい（暗さの要因）星が残る 重力収縮したので、高温（白）
3.　恒星の一生 【HR図で白色矮星を確認しましょう】 明るい 赤色巨星の核が重力収縮して 小さい（暗さの要因）星が残る 重力収縮したので、高温（白） →温度が高くて暗い星ができる 赤い 青い 暗い

39 4.　恒星の一生 【惑星状星雲】

40 【太陽より重たい星： 超新星爆発と中性子星、ブラックホール】
3.　恒星の一生 【太陽より重たい星： 超新星爆発と中性子星、ブラックホール】 鉄まで核反応が進んで止まる 中心部は重力収縮 中性子星を形成 →収縮がとまる 収縮が止まらない（重力崩壊） →ブラックホール 周囲を吹き飛ばす →超新星爆発 大マゼラン星雲のSN1987A 爆発から７年後の姿

41 【発見20周年 今なお天文学者を引きつける超新星1987A】
3.　恒星の一生 【発見20周年 今なお天文学者を引きつける超新星1987A】

42 【中性子星（パルサー）】 パルサーは、パルス状の可視光線、電波、X線を発生する 超新星爆発後に残った中性子星がパルサーの正体
3.　恒星の一生 【中性子星（パルサー）】 パルサーは、パルス状の可視光線、電波、X線を発生する 超新星爆発後に残った中性子星がパルサーの正体 超新星残骸：かに星雲（M1）

43 3.　恒星の一生 【ブラックホール】

44 3.　恒星の一生 【大質量ブラックホール　Sgr A】

45 3.　恒星の一生 【星の一生のまとめ】 星間ガス 超新星爆発 中性子星 ブラックホール 原始星→主系列星 静かな質量放出 白色矮星 巨星

46 最後に… Q6. 星を分類すると何かいいことはあるの？ A6. 夜空にバラバラにあった色々な星を 「星の進化」に沿って整理したのがHR図
3.　恒星の一生 最後に… Q6. 星を分類すると何かいいことはあるの？ A6. 夜空にバラバラにあった色々な星を 「星の進化」に沿って整理したのがHR図 　例えば、同じ赤い星でも 明るい→赤色巨星（老齢期） 暗い→主系列の小さな星 　とわかる。 調べたい星をHR図上に載せれば、 　　「どの星の仲間なのか」 　　「これからどう進化するのか」 　が簡単にわかるようになった。

47 まとめ〜本日のテーマ〜 恒星とは Q1. 太陽と地球の違いは何？ Q2. 夜空にあるたくさんの星と太陽は何が違うの？ 恒星を分類する
Q5. HR図って何？ Q6. 星を分類すると何かいいことはあるの？ 恒星の一生 Q7. 星はどうやって生まれたの？太陽は？ Q8. 太陽はこれからどうなるの？

48 【参考：太陽の未来】 １５億年後：現在より光度１５％増、極域の氷が溶ける
５５億年後：光度２倍、直径４割増　 　　　　　　　中心に水素がなくなり、赤色巨星への進化を開始 ７０億年後：光度３倍、直径３倍、表面温度４０００度の赤い星 　　　　　中心のヘリウム核の周りで水素の核融合反応 　　　　　地表温度は１００℃を超える　 ７３億年後：光度５００倍、直径１００倍、水星の軌道まで膨張 　　　　　地表温度２０００℃ 中心核のヘリウムが核融合により炭素、酸素に変換を始める その瞬間の大爆発（ヘリウム・フラッシュ）で質量の半分近くを放出 ヘリウムの燃焼が続き、外層は放射圧で吹き飛ばされ、白色矮星が残る（１００億年後）

49 【参考：太陽の未来】 現在の太陽 70億年後：赤色巨星 73億年後 100億年後：白色矮星 地球くらいの大きさ （今の太陽の1/100)