적색거성, 초거성, 그리고 태양에관한 질문

첫번째 질문: 백색왜성의 중심부에는 무엇이 있는가?

백색왜성은 항성이 핵융합하고 남은 재로 구성됩니다.

대부분의 백색왜성은 헬륨의 핵융합 반응의 결과인 탄소/산소로 구성됩니다.

상대적으로 가벼운 항성의 핵에서는  헬륨 핵융합까지 일어나고 그 결과 탄소/산소가 남게되구요.

좀 더 무거운 항성에서는 탄소/산소가 핵반응을 일으켜 산소/네온/마그네슘이 남게되지요.

교과서에서 태양질량의 2배를 기준으로 탄소 핵융합과정을 구분했는데,

잘못된 정보입니다. (어느 출판사에서 나온 교과서인지 알고 싶군요.)

항성 내부에서 탄소 핵반응이 일어나기 위해서는 약 8 M_sun, 태양질량의 8배 이상이어야 합니다.

물론 8배라는 기준점은 경우에 따라 약간의 차이는 있지만, 2 M_sun까지 내려가지는 않습니다.

일반적으로는 1~8 M_sun의 항성은 탄소/산소 백색왜성으로 끝나고,

8~10 M_sun의 항성이 산소/네온/마그네슘 백색왜성으로 끝난다고 알려져 있습니다.

그러나 산소/네온/마그네슘 백색왜성은 흔치 않을 것입니다.

8~10 M_sun 의 항성은 그 보다 질량이 작은 항성에 비해 그 개수가 대단히 적기 때문이죠.

두번재 질문: 탄소보다 무거운 원소의 생성, 행성상 성운이 만들어지는 과정

헬륨 연소가 끝나고 다시 거성처럼 부풀어 오르는 단계를

점근거성렬(AGB: Asymptotic Giant Branch) 항성이라고 합니다.

이 단계는 적색거성과 비슷한 구조를 가지지만 헬륨 껍질과 수소 껍질의 이중 껍질층 구조를 가지는 점이

수소 껍질층만을 가지는 적색거성과 구분됩니다.

비록 이 들 항성 내부에서 탄소 핵융합이 일어나지 않지만, 알파 과정(Alpha process)을 통해 가능합니다.

탄소보다 무거운 원소는 α입자(즉, 헬륨핵)을 포획하면서 무거운 원소가 될 수 있습니다.

헬륨 연소 과정에서 생겨난 탄소가 산소가 되는 과정도 주로 이 과정을 거치게 되지요.

α입자 포획 과정은 니켈까지 만들 수 있습니다.

행성상 성운이 일어나는 과정은 초신성에서의 그것과는 다릅니다.

점근거성렬 단계에서부터 항성은 많은 질량 손실을 겪는데,

초항성풍(super wind)이라 부르는 마지막 단계에서의 막대한 질량 손실이 행성상 성운으로 이어집니다.

이 초항성풍의 발생 원인은 아마도 항성의 맥동 방식에 변화때문일 것으로 추측됩니다.

세번째 질문: 철 이전원소인 규소,인,황까지 생성해내는 별?

두 번째 질문 답변에서 어느정도 답이 나왔지요?

점근 거성렬 항성에서 α입자 포획 과정으로 만들어 집니다만, 그 수량이 제한적입니다.

더 무거운 항성에서는 효율적으로 만들어 질 수 있습니다.

추가질문: Red Super Giant?, Red Hyper Giant?

앞에 붙는 Red/Blue 같은 말은 항성의 표면 온도와 관련된 말이고,

Giant/ Super Giant와 같은 말은 (크기보다는) 항성의 광도와 관련된 말입니다.

초거성은 진화 속도가 대단히 빠르고, 광도가 대단히 큰 항성들입니다.

질량이 작은 항성은 진화하는 동안 어느 시기에만 Giant 상태를 거치는데

질량이 대단히 큰 별은 만들어지자마자 이미 Super Giant 상태입니다.

그 만큼 광도가 높다는 의미이지요.

만약 고온의 초거성 항성이라면 Blue Super Giant라고 부르고,

저온의 초거성 항성은 Red Super Giant라고 부릅니다.

Super Giant보다 더 높은 광도를 가지는 별을 Hyper Giant 라고 부릅니다.

마찬가지로 고온이라면 Blue를 저온이라면 Red를 앞에 붙이면 됩니다.

간혹 중간단계로 Yellow가 붙기도 합니다.

Hyper Giant 는 대단히 드물어 그 수가 적고 본질을 아직 잘 모릅니다.

그래서 새로운 클래스로 구분하기 보다는 지극히 밝은 특성을 강조하는 늬앙스로 쓰이는 것 같습니다.

Super Giant나 Hyper Giant를 특별히 구분하지는 안는것 같습니다.