별의 진화와 원소

우주의 탄생과 진화, 우주론 Cosmology

공간

시간

빅뱅

0

(138억년 전)

급팽창

빛 등 기본입자

10-32 초

※ 시간과 공간의 크기의 비율은 정확하지 않고 개략적인 것임

최초의 별

수 억년

빛의 해방

38만년

H, He 원자핵

3분 92억년 (46억년 전)

태양계

우주에서 가장 거대한 구조 – Galaxy filament https://en.wikipedia.org/wiki/Galaxy_filament

은하 필라멘트 거시空洞(Void)

우주의 거시구조와 암흑물질 https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter_halo

http://people.virginia.edu/~dmw8f/astr5630/Topic04/t4_LF_origin_A.html

암흑물질 halo는 초기우주에서 은하형성에 주된 역할을 했다고 추정됨

미세한 비등방성

by Planck 위성

암흑물질 추정 https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter

https://en.wikipedia.org/wiki/Coma_Cluster https://en.wikipedia.org/wiki/Galaxy_rotation_curve

Coma Cluster

Fritz Zwicky(1933)

은하단에서 은하의 움직임이 보이는 물질만으

로는 설명이 안됨 missing mass 제기

Rubin & Ford(1970년대말 ~ 1980년대초)

나선은하 내에서 외각 별들의 회전속도가 매우 크다

예측값

허블 우주 망원경이 촬영한 Abell 1689 은하단

에서는 암흑 물질에 의한 중력 렌즈 효과를

관찰할 수 있다.

Λ-CDM모델

다양한 천체들

성운과 별의 탄생 https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%95%AD%EC%84%B1%EC%A7%84%ED%99%94

삼각형자리 은하에 있는, 항성이 대량으로

탄생하는 지역인 NGC 604

독수리 성운 내 항성들이 태어나는 장소인, '창조의 기둥'으로 명명된 그림. 허블 우주 망원경이 촬영

고양이 눈 성운은 태양과 비슷한 질량의 별이 죽음을 맞은 뒤 생겨난 행성상 성운

별의 진화와 태양의 일생 https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_evolution

https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%95%AD%EC%84%B1%EC%A7%84%ED%99%94

거대분자구름 ~ H2 (Great Molecular Cloud)

원시항성

중력수축, H2 복사냉각

별(star, 핵융합) ~100억년

수축 온도 상승 원

자 원자핵 핵융합

적색거성과 폭발

별의 질량에 따라

별의 최후형태가 달라짐

원소를 생성하고,

세상을 밝히는, 온기를 주는

별(star)의 진화

별의 종족 구분 https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_population

최초의 별 group

~ 4억년+

• 관측증거 없음

• 금속원소 없음

III 종족 (Population III)

I 종족 (Population I)

Metal rich stars

II 종족 별의 후예

별의 금속성분이 얼마나 있느냐에 따라, 별의 세대 분류

Metal(금속) : 원시핵합성 때 생성된 H, He 외의 원소 지칭

• 항성의 질량에 따라 합성되는 원소가 제한됨

• 항성내부에서는 Fe(철)까지 합성되고, 폭발과정

에서 나머지 원소들 합성

II 종족 (Population II)

Metal poor stars

III 종족 별의 후예

오리온 성운 http://blog.daum.net/minstech/12359808

• 지구에서 오리온 자리 방향으로 약 1,300광년 정도에 위치한 성운

• 크기는 약 12광년 정도에 걸치며, 태양질량의 약 2,000배 정도이다.

오리온 성운과 별-행성들의 탄생 http://blog.daum.net/minstech/12359808

https://en.wikipedia.org/wiki/Orion_Nebula https://en.wikipedia.org/wiki/Proplyd

• 700 여 개의 별들이 성운 곳곳에서 탄생했으며, 허블망원경이 원시태양계와 유사한 천체를 150개 이상 관측

별의 질량에 따른 별의 일생 http://study.zum.com/book/12936

별의 질량에 따른 별의 진화 https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_evolution

거대분자구름 군집, 열 방출 수축, 이온화

주계열성 적색거성

갈색왜성

Low mass

Low, Mid mass

성운

백색왜성

흑색왜성

블랙홀 중성자별

High mass

초신성

별의 질량에 따른 별의 진화 2 https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_evolution

별의 종족 구분 https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_population

최초의 별 group

~ 4억년+

• 관측증거 없음

• 금속원소 없음

III 종족 (Population III)

II 종족 (Population II)

I 종족 (Population I)

Metal poor stars

III 종족 별의 후예

Metal rich stars

II 종족 별의 후예

Metal(금속) : 원시핵합성 때 생성된 H, He 외의 원소 지

칭

별의 금속성분이 얼마나 있느냐에 따라, 별의 세대 분류

• 항성의 질량에 따라 합성되는 원소가 제한됨

• 항성내부에서는 Fe(철)까지 합성되고, 폭발과정

에서 나머지 원소들 합성

HR(Hertzsprung-Russell) diagram - 우리은하 https://en.wikipedia.org/wiki/Hertzsprung%E2%80%93Russell_diagram

주계열성의 표준적인 항성

태양의 일생이 예측됨 (~100억년)

태양

• 왼쪽 위로 갈수록, 질량이 크고

수명이 짧음

1910년에 만들어진, 항성의 진화

를 이해하는 중요한 다이아그램

표면 온도(K)

광도

(

절대등급)

HR 다이아그램 – 2.3만여 개의 별들 https://en.wikipedia.org/wiki/Hertzsprung%E2%80%93Russell_diagram

태양질량을 기준으로,

II 종족별들

0.5 이하 : He 합성까지

0.5 ~ 8 : C와 O까지

8 ~ 11 : O, Ne, Mg

11 이상 : Fe까지 생성

III 종족별들

8 ~ 25 : 초신성 중성자별

25 ~ 80 : 초신성 블랙홀

80 ~ 240 : 쌍-불안정 초신성

240 이상 : 블랙홀

원소의 주기율표

https://en.wikipedia.org/wiki/Periodic_table

The first 94 elements occur naturally; the remaining 24, americium to oganesson (95–118) occur only when synthesized in

laboratories. Of the 94 naturally occurring elements, 83 are primordial and 11 occur only in decay chains of primordial elements.[3]

세상을 구성하는 원소는 어디에서?

빅뱅 핵합성(3분 ~ 20분)

수소(H)와 헬륨(He)

26Fe까지의 원소들은

별 내부에서 만들어진다. 철보다 무거운 원소들은

초신성 폭발로 만들어 진다.

우리 몸의 구성 분자, 원자 http://study.zum.com/book/18064

https://ko.wikipedia.org

Big Bang 후 3분~

138억년 전, 빅뱅 핵합성

(최후의 산란면, 3장)

“우리는 모두 별에서 왔다.”

별 내부에서 합성,

초신성의 폭발로 Fe보

다 무거운 원소들 합성