주계열성의 에너지는 수소 핵융합 반응으로 인한 에너지인데 수소 원자핵 4개가 합쳐져 헬륨 원자핵으로 합쳐지는 과정에서 수소 원자핵의 질량 중 0.7% 가 아인슈타인 특수 상대성이론의 질량 에너지 등가 원리(E=mc^2)에 의해 에너지로 전환된다.

수소 핵융합 반응은 두 가지가 있는데 태양 정도의 질량을 가지고 있는 별에서 활발히 일어나고 있는 P-P 반응, 태양보다 질량이 더 큰 별에서 활발히 일어나는 CNO 순환 반응이 있다.(여기서 C,N,O는 촉매 역할을 한다.)

적색 거성의 에너지원은 헬륨 핵융합 반응인데 헬륨 원자핵 3개가 합쳐져 탄소 원자핵 1개가 되는 반응이다.(헬륨 원자핵의 다른 이름이 알파입자이기 때문에 3알파 반응이라고도 한다.) 그리고 초거성의 에너지 원은 탄소 이상, 철 이하의 질량을 가진 원소들의 핵융합 반응이다.

주계열성의 내부 구조는 태양 질량 정도면 깊은 곳부터 중심핵, 복사층, 대류층으로 나뉘어 있고, 질량이 태양보다 크면 대류핵, 복사층으로 나뉘어 있다. 그리고 적색 거성은 중심에서 헬륨 핵융합 반응이 일어나고 있어 중심부에는 탄소핵이 위치하고 있고, 주변에 헬륨층, 외곽 수소층이 있다. 초거성은 중심에 철핵이 존재하고 양파 껍질같은 구조를 가지고 있다.

<태양의 수명 계산>

(태양의 수명)=(태양의 총 에너지량)÷(태양의 광도)이다.

태양의 질량=2×10^30(kg)이고 핵의 질량은 그의 10%이므로 핵의 질량은 2×10^29(kg)이다.

그리고 핵의 질량 중 에너지로 전환되는 비율은 0.7%이고 E=mc^2이므로

(태양의 총 에너지양)=(2×10^29)×(7×10^-3)×(3×10^8)^2

=1.26×10^44(J),

(태양의 광도)=4×pi×(R^2)×(볼츠만 상수)×(T^4)

=3.9×10^26(J/s)이다.

(태양의 수명)=(1.26×10^44)÷(3.9×10^26)

=3.23×10^17(s)이고, 이것을 년 단위로 환산하면 대략 1.0×10^10년(100억년)이다.

그리고 식현상을 이용하는 방법인데 모항성 주위를 공전하는 행성이 지구에서 봤을 때 모항성 앞을 지나가면 행성이 모항성의 별빛을 야간 가리게 돼서 지구에서 볼 때의 별의 밝기가 변하게 된다.

그 다음은 미세 중력 렌즈를 이용하는 방법인데 어떤 항성이 더 멀리 있는 배경별 앞을 지나가면 그 항성의 중력에 의해서(더 정확하게 말하면 항성의 질량에 의해 휘어진 시공간에 의해서)배경별의 빛이 휘어져 밝기가 상승하게 된다. 이 밝기 변화를 그래프로 나타내면 위 사진 왼쪽 그래프로 나타난다. 그런데 항성 주위에 행성이 공전하고 있다면 행성이 배경별 앞을 지나갈 때 위 사진 오른쪽 그래프상에서 급격한 밝기 변화가 있을 것이다.

그리고 직접적인 관측이 있는데 모항성에서 나온 별빛을 반사해서 오는 빛을 직접적으로 포착하는 것이다.

나는 이 수업을 듣기 전까진 외계행성 탐사 방법들 중에서 도플러 효과, 식 현상, 직접 관측은 알고 있었는데 미세 중력 렌즈 이용은 이름만 알고 있었지 그것에 대해서 자세히는 알고 있지 않았었다. 그러고 이 수업을 들었을 때 중력 렌즈를 이렇게 이용하는 거였구나 하는 생각이 들었고, 이런 방법을 고안해낸 사람은 누구이고, 어떻게 이런 생각을 할 수 있었을까 하는 생각도 들었다. 이걸 고안해낸 사람은 정말 대단한 것 같다.

탄생 장소: 성운 내 저온 고밀도 영역

별의 탄생:1)성운-중력수축이 일어남

2)원시별-에너지원:중력수축 에너지/중심부 온도가 약 1000만k에 도달하면 중심부에서 수소 핵융합 반응 시작

3)주계열성-에너지원:수소 핵융합 에너지/정역학평형 상태/크기가 일정하여 안정적임

질량이 큰 주계열성:온도 광도 연료소모속도 높음;수명 낮음

별의 일생:태양 질량보다 작을 때- 주계열성->적색거성->행성상성운->백색왜성

태양 질량보다 클 때- 주계열성->초거성->초신성 폭발->중성자별or블랙홀

주계열성의 에너지원:수소 핵융합 반응

수소핵융합반응에서

1)양성자-양성자반응(p-p반응)

-수소 원자핵 4개가 융합하여 헬륨 원자핵 1개를 만드는 반응

-중심부 온도가 1800만k보다 낮을 때 일어님

-태양 질량의 약 2배보다 작은 주계열성에서 발생

2)탄소질소산소 순환반응(CNO 순환반응)

-탄소 원자핵과 수소 원자핵의 충돌로 시작해 질소,산소 원자핵을 거쳐 헬륨이 되는 반응

-중심부의 온도가 약 1800만k 이상일 때 일어남

-태양 질량의 약 2배보다 큰 주계열성에서 발생

-탄소,산소,질소 원자핵은 촉매 역할

별의 내부 구조

태양 질량의 2배보다 작은 별) 중심핵-복사층-대류층

태양 질량의 2배보다 큰 별)대류핵-복사층

별빛이 관측자에게 다가올 때는 흡수선이 파장이 짧은 쪽으로 이동-청색편이

별빛이 관측자에게 멀어질 때는 흡수선이 파장이 긴 쪽으로 이동-적색편이

후퇴할때는 +값/접근할때는 -값

2.식현상

일어날 때: 별 주위를 공전하는 행성이 주기적으로 별의 앞을 횡단할 때

외계행성의 반지름 클수록->중심별의 밝기변화 큼

단,외계 행성의 공전 궤도면이 지구 관측자의 시선방향과 거의 나란한 경우에만 관측가능

3.미세 중력 렌즈 현상->지구와 별 사이에 중력이 강한 물체에 의해 빛이 휘는 현상

행성이 없을때:짧은시간 동안 배경별의 밝기가 증가하는 현상 관측

행성이 존재할 때: 행성의 중력장이 배경별의 빛을 추가로 굴절시켜 매우 짧은 시간 동안 배경별의 밝기가 급증하는 현상 관측

왜? 비열이 커서 열을 오래 보존할 수 있고 다양한 물질을 녹일 수 있는 용매의 역할을 함

중심별의 질량이 크면->광도큼->수명 적음->생명가능지대와 폭 넓음

생명체가 존재하기 위한 조건?

-생명 가능 지대에 위치

-적당한 중심별의 질량

-적절한 두께의 대기 존재

-자기장의 존재

-위성의 존재

-적당한 자전축의 경사

1. 타원은하

타원모양으로 편평도에 따라 E0~E7으로 세분화됨

성간물질이 거의 없어 새로운 별 탄생 x

나이가 많은 붉은 색 별로 구성

2. 나선은하

은하 중심부가 나선팔이 감싸고 있음

막대 유무에 따라 정상나선은하/막대나선은하로 구분

3. 불규칙은하

규칙적인 형태가 없음

성간물질이 많아 새로 탄생하는 별이 많음

-특이은하

1. 전파은하

2. 세이퍼트은하

3. 퀘이사

공통적으로 중심부에 거대한 블랙홀이 있음

-허블의 법칙

1. 멀리 있늩 은하일 수록 빠르게 멀어진다는 것은 우주가 팽창함을 의미

2. 우주 팽창의 중심은 없다

V=H*R (H=허블상수)

거리와 속도는 비례함

정상우주론:우주의 크기질량 증가/밀도온도 일정

빅뱅우주론:우주의 크기 증가/질량 일정/밀도온도 감소

빅뱅우주론의 증거

1. 수소와 헬륨의 질량비 3:1

2. 우주배경복사 -> 약 3000k일 때 우주 배경 복사가 방출됨/ 현재는 2.7k 복사에너지 관측

한계:

1. 우주의 지평선 문제

2. 우주의 편평성 문제

3. 자기 홀극 문제

별의 탄생 과정

• 성운에서 밀도가 큰 영역이 강해지면 성간물질들이 중심부를 향해 중력 수축하게된다

• 성운이 중력수축하면 온도와 밀도가 점차 증가하면서 원시별이 된다

• 원시별은 주위 물질들을 끌어당겨 밀도가 커지고 내부 온도가 좊아져 표면온도가 1000k 정도에 이르기되면 전주계열단계가 된다.

• 전주계열 단계에서 중력 수축이 일어나 중심부 온도가 약 10000000k거 이르면 수소핵융합 반응이 시작되어 별, 주계열성이 탄생하게된다.

그 다음엔 특이 은하를 배웠는데 일단 전파 은하는 특이 은하 중 강한 전파를 방출하는 은하인데 우리가 볼 수 있는 가시광선 영역으로 전파 은하를 관측하면 타원은하처럼 보인다. 그리고 퀘이사가 있는데 퀘이사는 크기는 우리 태양계 정도인데 그정도의 좁은 범위에서 우리 은하의 수백~수천 배에 이른다. 이렇게 많은 에너지를 방출하는 것으로 보아 퀘이사의 중심에는 질량이 매우 큰 초대질량 블랙홀이 있을 것으로 추정된다. 그 다음엔 세이포트 은하를 배웠는데 이거는 나도 잘 들어보지 못한 은하이다. 세이퍼트 은하는 보통의 은하와 비교했을 때 아주 밝은 핵과 넓은 방출선을 ㅂㅎ이는 은하를 말한다. 그리고 세이퍼트 은하는 스펙트럼에서 넓은 방출선을 가지고 있으므로 방출원인 가스가 빠른 속도로 움직이고 잇기 때문에 중심부에 블랙홀이 있을 곳으로 추정된다. 그리고 마지막으로 충돌 은하를 배웠는데 말 그대로 은하가 충돌하여 생긴 은하이다. 은하가 충돌할 때 별들의 사이 간격이 너무 넓어 별끼리 충돌하는 일은 거의 없다. 그리고 충돌 과정에서 기체가 압축되므로 많은 별이 한꺼번에 생기기도 한다.

타원 은하는 타원 형탸를 가진 은하를 말하기 때문에 그 타원의 형태도 다 제각각이다. 그리서 타원 은하는 편평도에 따라 E0에서 E7까지 나눈다.(E0에서 E7으로 갈수록 편평도가 커진다.) 야기에서 은하의 편평도에 관한 공식이 있는데 타원 은하의 겉보기 긴반지름을 a, 타원 은하의 짧은 반지름을 b라고 했을 때 타원 은하의 편평도(e)는 다음과 같다.

e=(a-b)/a -> e=1-b/a

• 주계열성 중심부의 수소가 모두 소모되어 헬륨만으로 이루어진 중심핵이 되면 더 이상 수소 핵 융합 반응이 일어나지 않으므로 내부 기체의 압력보다 중력이 커져 중심핵에서 중력 수축이 일어난다. 중력수축에너지로 인해 수소층이 가열되어 별이 팽창해 광도가 커지고 표면 온도가 낮아져 붉게 보이는 적색 거성이 된다.

• 적색 거성 중심부의 헬륨이 소모되어 탄소 핵이 되면 중심핵에서 중력 수축이 일어난다. 별은 주기적으로 팽ㅊ창과 수축을 반복하는 불안정한 상태가 되다가 별의 바깥층이 우주 공가능로 방출되어 행성상 성운이 만드어지고 더 수축하여 백색 왜성이 된다.

• 적생거성보다 크고 광도가 큰 초거성이된다.별의 중십부에서는 온도가 충분히 높아 핵융합 반응으로 헬륨,탄소,산소,네온,마그네슘,규소등의 원소가 생성되고 최종적으로 철까지 생성된다.

• 별의 중심부에서 핵융합반응이 멈추면 급격한 중력수축이 일어나고 거대한 폭팔을 일으켜 초신성 폭팔이 일어나게 된다. 초신성 폭팔이 일어나게되면서 철보다 무거운 원소들이 생서되게되고 주변으로 잔해가 퍼져나가면 블랙홀이나 중성자별이 만들어지게된다.초신성 폭팔 후 중심핵이 더욱 수축하여 중성자로 이루어지고 중성자별이 된다. 초신성 폭팔 후 계속 중심부에서 수춧하여 중력이 매우 큰 블랙홀이 되게된다.

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이 힘이 중심쪽으로 수축하려는 중려과 평형을 이루고 있는 상태를 정역학 평형이라고 한다.

그러므로 주계열성은 정역학 평형 상태를 이루고있어 이로인해 크기가 일정하다.

• 질량이 태양과 비슷한 별

  별의 중심부에서 생성된 에너지가 반지름의 약70% 거리까지 복사로 전달되고,바깥층에서는 대류로 표면까지 전달된다.

• 질량이 태양의 약 2배의 별

  중심부에서는 대류로 전달되고, 바깥층에서는 복사로 전달된다.