청색초거성

청색초거성은 O형이나 B형인 크고 뜨거운 별이다. 여키스분광분류법에서 청색초거성의 광도계급은 I이다. 헤르츠스프룽-러셀도표(Hertzsprung-Russell Diagram) 혹은 색등급도(color-magnitude diagram)에서 상단 중간에 위치한다(그림 1 참조). 표면온도는 10000K에서 50000K이고 광도는 태양보다 1만 배에서 백만 배 밝다. 크기는 같은 분광형의 주계열성보다 크지만 같은 광도계급인 적색초거성(red supergiant star)보다는 작다. 적색초거성의 반지름의 태양의 수백 배에서 천 배까지 정도인 것과 비교해 청색초거성은 태양의 반지름의 100 배정도이다. 오리온자리에서 가장 밝은 별인 리겔(Rigel)이 대표적인 청색초거성이다(그림 2 참조).

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. 리겔과 태양의 크기 비교. 리겔의 반지름은 태양 반지름의 78.9배이다.()

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수명이 매우 짧은 주계열성이 진화한 별로서 산개성단과 나선은하의 나선팔, 불규칙은하에서만 발견된다. 청색초거성은 강한 항성풍을 방출하기 때문에 스펙트럼에서 방출선(emission line)이나 금지선(forbidden line)이 나타난다. 적색초거성 단계를 거친 청색초거성의 경우, 적색초거성의 항성풍(stellar wind)을 따라 이미 방출된 물질이 청색초거성의 빠른 항성풍에 의해 밀려나가 형성된 얇은 껍질을 동반하기도 한다. 청색초거성은 자전 역시 빠른 경우가 많아 빠른 자전에 의한 내부 혼합 때문에 헬륨이나 중원소함량이 높게 나타난다.

질량이 태양 질량의 수십 배에서 100 배 정도되는 별이 중심핵의 수소를 소진하면 주계열을 떠나 청색초거성이 된다. 이들 대부분은 상당양의 질량을 잃고 밝은청색변광성(Luminous blue variables, LBV)이 되기도 하고 직접 울프-레이에별(Wolf–Rayet stars)이 되기도 한다. 질량이 조금 낮은 청색초거성은 계속 팽창하여 적색초거성이 되기도 한다. 이렇게 적색초거성이 된 별은 제II형초신성(supernova type II)으로 생을 마감하기 전 몇차례 청색초거성 단계를 반복하기도 한다. 질량이 태양의 40 배 이하인 별은 거대한 적색초거성 단계를 거치면서 외피층을 날려 보내 청색초거성으로 다시 진화해 울프-레이에별이 되기도 한다(그림 3 참조).

그림 3. 주계열성의 질량에 따른 진화 경로. 질량이 태양 질량의 10-15배 정도되는 별은 팽창하여 적색초거성으로 진화하는데 이보다 초기 질량이 약간 큰 별은 적색초거성에서 다시 청색초거성으로 진화하기도 한다. 질량이 더 커서 태양의 30배 이상 되는 별은 밝은청색변광성 상태로 지내다가 내부가 드러난 울프-레이에별 단계를 거치기도 한다.()