적색거성
1. 개요
赤色巨星 / Red giant
'''적색거성'''은 태양 질량의 0.25~8배의 별들이 거치는 후기 진화단계이다.
2. 진화
별의 주요 에너지원은 수소다. 따라서 주계열성으로서의 생명이 끝날 무렵이 되면 핵의 중심부에서부터 수소가 고갈되어서, 항성을 내리누르는 중력과 팽창하려는 에너지의 평형을 유지하지 못해[1]급격히 수축하기 시작한다.
중심핵의 수축으로 인한 압력상승은 온도 증가를 야기하고, 수소가 충분하나 온도가 낮아 핵융합을 할 수 없었던 중심핵 바깥부분(겉부분)의 수소층에서도 수소→헬륨 핵융합이 시작된다. 중심핵 바깥부분(겉부분)에서의 수소 핵융합이 시작되면, 별 전체의 내부압력은 증가하고, 중력과 팽창력의 에너지평형 중 중력이 우세했던 상황을 역전시켜서 별의 외피층이 크게 팽창하는 계기가 된다. 이때, 별의 표면온도는 낮아져 스펙트럼상 불그스름한 색을 띄고, 표면적은 늘어 전체적인 광도는 증가한다.
항성의 중심핵 성분이 수소핵에서 헬륨핵이 대부분이 되었다면, 이후 항성의 질량에 따라 운명은 달라진다.
태양 질량의 0.5배 이하의 별들은 헬륨 핵융합까지 발생할 환경이 구성되지 못하고, 헬륨핵으로 이루어진 헬륨 백색왜성으로 진화한다[2]. 별의 대기층은 행성상 성운을 이룬다. 다만 태양 질량의 0.16배 미만일 경우 거성 단계 없이 바로 청색왜성을 거쳐 백색왜성이 되므로 질량 손실이 적어 행성상 성운이 생성되지 않는다.
태양 질량 0.8배 ~ 8배[출처필요] 정도 되는 별의 중심핵은 위에 기술한 축퇴 상태[3]에 다다르고, 마침내 중심핵의 온도가 헬륨 핵융합의 개시 온도인 1억 K에 다다르게 된다. 핵의 중심부에서 헬륨 핵융합이 발생하고, 헬륨 핵융합의 폭발적인 에너지는 수분 내로 별 전체로 퍼진다. 헬륨 핵융합이 급격히 중심핵 전체로 퍼지는 바로 이 현상을 헬륨 섬광이라고 한다.[4]
헬륨 섬광 이후 별은 팽창을 멈추고 또 수축하기 시작한다. 수축하면서 또 올라가는 온도에 의해 마침내 껍질에서는 남은 수소의 핵융합이 조금씩 진행되고, 중심핵에서는 헬륨 핵 융합이 발생하는 안정된 단계에 들어서며, 별은 수평가지에 도달한다.
수평가지에서 헬륨 핵융합이 끝나고, 헬륨 핵까지 다 써버린 별은 또 다시 연료 고갈을 겪게 되면서, 주계열성을 떠날 때처럼 별의 껍질부분은 부풀기 시작한다. 이 단계를 점근거성가지라고 한다. 별의 위치는 H-R다이어그램에서 우측 상단으로 이동하고[5], 팽창된 대기는 광도를 증가시킨다.
위에서 서술한것과 같이, 이 단계의 별들은 극도의 압력으로 축퇴된 탄소핵(헬륨 핵이 융합된 결과물)과 산소핵으로 이루어진 중심핵을 가진다. 여기서 태양 질량의 7~8배 이상의 별들은 탄소와 산소핵까지 항성의 핵에서 핵융합시키는 조건을 달성해서, 적색 초거성이 되지만, 태양은 점근거성가지에서 비슷한 수준의 별들과 함께 '''외피층을 항성풍으로 서서히 날려 버리고''', 끝내 탄소와 산소핵으로 이루어진 중심핵만 남게 되어, 결국 탄소-산소 백색왜성을 이루게 된다.
태양 질량의 7~8배 이상의 거대한 별들의 다음 진화단계는 적색 초거성 문서 참조. 한편 태양 질량의 0.25배 미만인 별들은 항성 전체가 대류층으로 구성되어 있어, 중심부에 헬륨이 쌓이지 않고, 크기가 변하지 않는 상태로 표면 온도만 상승하게 된다. 작은 별들의 다음 진화단계는 청색왜성 문서 참조.
3. 특징
표면적이 지나치게 늘어 끊임없이 질량이 손실되기 때문에 별의 외피층이 구형을 이루지 못한다. 따라서 주계열성들과 같은 매끈한 구형이 아닌, 위 사진과 같이 거품이 끓는 울퉁불퉁한 모습을 하게된다.
[image]
한편 태양 역시 시간이 지나면 적색거성 단계를 거치게 되는데 만일 지구가 이때 삼켜지지 않는다면 바다가 모두 증발하고 하늘의 대부분을 태양이 뒤덮을 것으로 예상된다.
2018년 공개된 중국 SF영화 유랑지구는 적색거성화된 태양으로부터 지구를 탈출시키는 것을 모티브로 삼는다.
2019년에 지구의 물질이 적색거성 잔해라는 것을 제시했다.#
4. 관련 문서
[1] 중력은 거의 그대로, 수소고갈로 인한 에너지생산X → 팽창력 감소[2] 다만 이들의 수명은 우주 나이보다 길기에 항성 진화를 통해 만들어진 헬륨 백색왜성은 이론상의 천체로 남아있다. 백색왜성 항목 참조.[출처필요] 출처요망 [3] 항성을 팽창시키는 에너지생산보다 찌그리려는 중력이 우세한 상태 [4] 헬륨 섬광은 굉장히 강렬하지만, 축퇴상태에서 빠르게 빨려들어가지 않은 별의 대기 때문에 그 에너지가 대부분 별의 사이즈를 기존의 별의 대기권까지 팽창하는데 쓰이고, 별 밖으로 나오지 못하여, 별의 전체적인 절대광도가 순간적으로 증가하는 일은 일어나지 않는다.[5] 전체적인 광도는 증가, 겉의 온도(K)는 하락