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恒星は質量が大きいほど寿命が短い

太陽とはくちょう座V1489を比較したイメージ

夜空を見上げると多くの星が瞬いていますが、人間にも寿命があるように星にも寿命があることはよく知られています。

しかし意外と知られていないのが、大きな星ほど寿命が短いということです。

宇宙には大小さまざまの恒星が存在しますが、太陽の10分の1クラスから100倍も重い恒星まで存在し、質量の大きな恒星ほど数が少なく、質量が小さい恒星ほど数が多いことが分かっています。

質量が大きな恒星ほど寿命が短いという理屈で考えれば質量が小さい恒星の数が多いのは何となく分かりますよね。

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太陽を基準にした恒星の寿命

私達がお世話になっている太陽の寿命は100億年とされ、誕生からおよそ46億年経っていることから半分くらい過ぎたことになります。

あわせて読みたい:太陽の寿命ってどのくらいなの?

これが太陽の10倍もの質量を持つ恒星の寿命となると1000万年と極端に短くなってしまいます。

逆に太陽の半分の質量を持つ恒星ともなると寿命は2000億年と、とんでもなく長い寿命になります。

核融合を起こせるくらい最低限の質量と言われている太陽の0.08倍の恒星ともなると寿命は数兆年といわれています。

質量の違いでこんなに差があるなんて驚きですね。

太陽を基準にした恒星の質量別におおよその寿命をみていきます。

●太陽の0.08倍の質量:数兆年
●太陽の半分の質量:2000億年
●太陽と同質量:100億年
●太陽の2倍の質量:25億年
●太陽の10倍の質量:1億年
●太陽の100倍の質量:200~300万年

太陽の100倍もの質量を持つ恒星となると200~300万年になってしまうのです。

それにしても質量の大きな恒星ほど寿命が短いというのはどのような理由からきているのでしょうか。

水素を原料とする核融合が出来なくなるのが恒星の寿命

恒星の核融合は中心部で起こっていますが核融合の反応が始まるには1000万度以上の高温が必要とされています。

私達が恩恵を受けている太陽はこうした高温という条件が整っているために核融合が行われているわけです。

太陽が誕生した時は太陽の中は水素で満たされていて現在まで核融合が継続されてきたわけですが、時間とともに水素はヘリウムに変換されてきます。

つまりヘリウムは“燃えカス”というわけです。

その燃えカスであるヘリウムが質量の1割になると、核融合が可能な中心部はヘリウムで満たされることになるためこれ以上水素を原料とする核融合が出来なくなるというわけです。

これが太陽の寿命である100億年というわけです。

 

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質量が大きくなると中心部の温度が高くなる

それなら質量が大きい恒星ほど水素がたくさんあるので寿命も長くなると考えがちですが、質量が大きくなると中心部は圧力が高くなるため必然的に温度も高くなります。

核融合は温度が高くなると反応速度は速くなる性質があるので、それだけ水素の消費量も多くなるのです。

そのため太陽よりも質量の大きな恒星は太陽よりも明るく輝くのです。

仮に太陽よりも質量の大きな恒星が太陽と同じ明るさで輝けば、太陽よりも核融合の原料となる水素が多いので長寿命と言うことになります。

つまり恒星は質量が大きければ大きいほどより明るく、より短い一生を終えることになるのです。

逆に質量の小さな恒星ほどより暗く、より長く生きるということです。

トラピスト1の寿命は

先ごろ生命が居住できるかもしれない7個の惑星を持つ恒星「トラピスト1」が発見されて話題になっていますが、このトラピスト1は赤色矮星と呼ばれ、質量は太陽の10分の1という小さな恒星とされています。

明るさは太陽の1000分の1ととても暗く、暗いだけに寿命が長く予想では10兆年くらいになるのではないかと言われています。

つまりトラピスト1はそれだけゆっくりと核融合が進むというわけです。

ちなみに宇宙が誕生してから137億年経ったとされていますから、トラピスト1のような赤色矮星はまだ赤ちゃんのような若い恒星ということになり、これから数1千億年という長い期間生き続けることになります。

宇宙の最後は最も寿命の長い赤色矮星で満たされることになるかもしれません。

質量の大きな恒星の最後は中性子星かブラックホール

恒星は質量によって最後の姿も違ってきます。

太陽クラスまでの質量では最後に白色矮星になるとされ、太陽の8~25倍の質量になると中性子星、30倍以上になるとブラックホールになると言われています。

中性子性やブラックホールはどちらも超新星爆発の後に出来るとされ、恒星は質量が大きくなると最後の姿も派手になるんですね。

まるで低燃費の車でゆっくりと長距離を楽しむのと、燃費の悪いスポーツカーで短距離をスリルを味わいながら走るみたいな・・・

 

 

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