하버드분광분류법

하버드분광분류법은 항성의 표면온도에 따라 나타나는 분광 스펙트럼선들의 특성을 기준으로 항성을 분류하는 체계를 말한다. 스펙트럼 선의 특성에 따르는 항성들의 하버드 분광 분류는 1900년대 초반 주로 캐논(Annie J. Cannon)에 의해 이루어졌다(그림 1 참조). 항성 스펙트럼에 나타나는 주요 스펙트럼선은 수소 발머선, 중성 헬륨선, 다양한 철선, 전리된 CaII H&K선, CH 분자의 G 흡수띠, 중성 Ca선, TiO 분자선, 그리고 다양한 금속선들이다.

하버드 분광 분류법의 항성 분광형은 영어 알파벳 대문자로 나타낸다. 처음에는 항성 스펙트럼이 수소 발머선들의 세기가 강한 것부터 가장 약한 것까지의 순서로 A 부터 Q 까지 분류되었다. 이후에, 항성 스펙트럼이 항성 대기의 표면 온도에 따라 서로 다른 특성을 나타낸다는 사실이 알려졌고, 이에 따라 항성 스펙트럼의 배열은 표면 온도가 가장 높은 항성부터 낮아지는 순서로 재조정되었고, OBAFGKM 순서로 나열된 항성 분광 분류 체계가 확립되었다. 각 알파벳에 해당하는 분광형은 0에서 9까지 더욱 세분되었으며, 심지어 소수점을 사용한 실수로 표시하기도 한다. 하버드 분광 분류에 의한 태양의 분광형은 G2.0이다.

그림 1. 애니 캐넌.(출처: )

목차

고온별을 나타내는 조기형 분광형의 특징은 주로 전리된 원자들의 스펙트럼 선에 나타나고, 저온 별을 나타내는 만기 분광형의 특징은 주로 중성 원자들의 스펙트럼 선에 나타난다. 각 분광형의 스펙트럼 주요특성은 다음과 같다.

청색 별, 표면온도 20,000~35,000K, 다중의 전리된 원소선들(HeII, CIII, NIII, OIII, SiV 등)이 나타남. HeI 선이 보임, 중성 수소선은 약함.

청백색 별, 표면온도 약 15,000K, HeII 선이 보이지 않음. HeI 선은 B2에서 가장 강했다가 점점 약화되어 B9에서 보이지 않음. B3에서 CaII K선이 보이기 시작함. OII, SiII, MgII 선들이 보임.

백색의 별, 표면온도 약 9,000K, HI 선이 A0에서 가장 강하게 나타나며, 그 이후 점점 약해짐. CaII H&K 선이 점점 강해짐. HeI선은 보이지 않으며, 중성 금속선들이 나타나기 시작함.

황백색 별. 표면 온도 약 7,000K, HI 선이 점차 약해지고, CaII H&K 선이 점점 강해짐. 다수의 금속선들이 강해짐.

황색 별. 표면온도 약 5,500K. 태양이 대표적인 별임. HI 선은 계속 약해짐. CII H&K 선은 매우 강해지며 G0에서 최대 강도에 이름. 금속선들이 강해짐. G 분자 띠가 뚜렷이 나타남. CN 분자선이 보임.

주황색 별. 표면온도 약 4,000K. 금속선들이 대다수를 이룸. HI 선은 매우 약함. CaI 선이 뚜렷이 보임. CaII H&K 선과 G 분자띠가 강하게 나타남. TiO 분자선이 K5에서 보이기 시작함.

적색 별. 표면온도 약 3,000K. TiO분자띠가 점점 강해짐. CaI 선이 매우 강함. 다수의 중성 금속선들이 나타남.

이밖에 추가적으로 표면온도 약 2,000K에 해당되는 갈색의 L형, 표면온도 약 1,000K에 해당되는 갈색에서 T형 등이 분리되며, 표면 온도 3,000K 정도의 탄소별 C형과 ZrO 분자띠가 돋보이는 붉은 저온의 S형 등이 있다.

스펙트럼선은 원자들이 서로 다른 에너지 준위로 천이하면서 특정 파장의 빛을 흡수 또는 방출할 때 생긴다. 낮은 에너지 준위에 있는 원자가 높은 에너지 준위로 천이할 때는 흡수선이 생기며, 그 반대의 경우는 방출선이 생긴다. 항성 대기를 분광 관측하여 스펙트럼을 얻으면, 연속 스펙트럼 상에서 대개 흡수선이 관측된다. 402.6nm와 447.2nm에서 나타나는 중성 헬륨 흡수선은 고온 별의 스펙트럼에서 관측된다. 이런 흡수선이 나타나려면 헬륨 원자가 높은 에너지 준위의 들뜸 상태에 있어야하는데, 이 조건은 고온에서만 가능하다. 항성 대기의 온도가 더욱 높아지면 더욱 많은 헬륨 원자가 들뜸 상태에 있게 되어 스펙트럼 선의 강도는 더욱 세어진다.

이와 유사한 원리로 항성 대기의 온도 조건에 따라 각 원소의 스펙트럼선이 형성되며 또한 강도 차이가 생긴다. 수소 원자에 의해 나타나는 발머 흡수선들은 분광형 A0에서 가장 강하게 나타난다. 발머선은 수소 원자가 에너지 준위 주양자수 n=2에서 n=3,4,5, ...로 천이할 때 생긴다. 그러므로 발머 흡수선의 강도는 분광형 A2에 해당하는 온도 조건과 주 양자수 n=2 준위의 중성 수소의 개수에 따라 결정된다.