거성

거성(giant)은 헤르츠스프룽-러셀도표(Hertzsprung-Russell Diagram) 혹은 색등급도(color-magnitude diagram)에서 주계열(main sequence) 위쪽에 위치하고 있어 여키스분광분류법에서 광도계급이 II나 III(그리고 IV)에 해당하는 별이다(그림1 참조). 거성은 태양 반지름의 수백 배 이상이며 광도는 수천 배까지 크다. 주계열성의 중심핵(core)에서 수소가 모두 소진되면 중심핵이 수축하게 되고 주계열을 떠나 거성이 된다(그림 2 참조). 주계열의 위치가 항성의 질량에 따라 결정되듯이 거성의 위치와 이동경로도 주로 별의 질량에 따라 달라진다.

그림 1. 개략적인 헤르츠스프룽-러셀도표. 청색초거성(blue supergiants)이 표시되어 있다. 우리가 잘 알고 있는 별들이 원으로 표시되어 있으며, 원의 크기는 이들 별들의 실제 크기를 나타낸다. (출처: 한국천문학회)

그림 2. 거성의 내부 구조. 질량이 태양과 유사한 거성의 구조이다. (출처: )

목차

질량이 태양질량의 약 12배 이상인 별은 주계열을 떠날 때 헤르츠스프룽-러셀도표를 수평으로 가로질러 이동한다. 그 결과 질량이 작은 별들과 달리 O형 주계열성은 청색을 띄게 되는 청색거성(blue giant star)이 되고 더 팽창하면 청색초거성(blue super giant star)이 되기도 한다. 만기형 B형 주계열성과 일부 A형 주계열성은 백색거성이라고 표현하기도 하지만, 별이 팽창함에 따라 청색거성이 된다. 그리고 이후에 청색 밝은거성(blue bright ginat star)과 청색초거성이 되고, 더 팽창하면 적색초거성(red superginat star)이 되기도 한다.

질량이 태양의 30% 이상 되는 주계열성의 경우 중심핵에서 수소가 소진되면 중심핵이 수축하고 외곽부는 팽창하여 준거성(subgiant star)이 되며 그 이후에 적색거성가지(red-giant branch, RGB)를 따라 적색거성으로 진화한다. 태양 정도의 질량을 갖는 별은 헬륨섬광(Helium flash) 과정을 거쳐 수평가지(Horizontal branch, HB)로 이동한다. 중심핵에서 헬륨연소가 시작되면 수소연소 때 겪었던 과정을 다시 반복한다. 이로써 점근거성가지(Asymptotic giant branch, AGB)에 진입한 후에 연료가 고갈되면 중력적으로 불안정해지면서 행성상성운 단계로 진입하여 백색왜성을 남기고 진화를 마치게 된다.

질량이 태양의 30% 미만인 주계열성은 대류에 의해 항성 내부가 완전히 혼합된 상태로 오랜 기간 주계열에 머문다. 이런 주계열성은 주계열이 끝날 때 외곽부가 팽창하지만 거성 단계로 불릴 만큼 충분히 팽창 할 수 없고 조용히 헬륨으로 이루어진 백색왜성이 된다.

준거성(subgiant star)은 광도계급이 IV에 해당한다. 물리적 특징과 구조가 거성과 유사하지만, 크기가 거성보다 작다. 분광형이 G에서 K인 준거성의 경우 절대등급은 +2.5에서 +4 사이이다. 준거성의 반지름은 대략 태양 반지름의 수배에서 수십배 정도이다.

황색거성(yellow giant star)은 분광형이 G, F인 거성이며 일부는 A형을 나타낸다. 적색거성보다 질량이 커 거성 단계에서 짧은 시간을 보내기 때문에 적색거성보다 그 수가 훨씬 적다. 하지만, 헤르츠스프룽-러셀도표에서 불안정대(instability strip)에 위치하는 경우가 있어 중요한 유형의 변광성들이 황색거성에 포함된다. 거문고자리RR형변광성 등의 맥동변광성이 여기에 속한다.

밝은거성(bright giant star)은 광도계급이 II에 해당한다. 거성과 초거성 사이인 절대등급 약 -3 등급에 해당하는 광도를 가지고 있다. 용골자리 알파성이 밝은거성의 예이다.