[천체특강 7]별의 특성과 종류-H-R도

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지1 천체단원을 공부하다보면 H-R도가 정말 중요하다는걸 알 수 있어요. 지금까지 천체특강 1에서 천체특강 6까지 별의 물리량에 대해 학습했는데, 이 별의 물리량을 공부한 이유는 바로 H-R도를 이용해 다양한 별에 대해 이해하고자입니다.

교과서나 참고서에 주로 나오는 H-R도는

(이미지출처-AAS Nuclear Astrophysics)

세로축은 광도나 절대등급을, 가로축은 별의 표면온도나 분광형을 나타내고 있어요. 지금까지 했던 천체특강에서 확인할 수 있듯, 광도와 절대등급의 관계는 광도가 커지면 절대등급이 작아지고, 광도가 작아지면 절대등급이 커지는 형태이며 푸른 별일수록 표면 온도가 높고 붉은 별일수록 표면 온도가 낮죠(가스레인지 불이 촛불보다 훨씬 뜨겁죠?)

H-R도의 기본적인 특성도 알았겠다, 이제 본격적으로 H-R도랑 별을 가지고 놀아봅시다.

위 그림에서 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 주욱 내려가는 대각선 찾으셨나요? 그게 주계열성입니다. 아직은 개념 단계니까 위 그림을 한번 볼게요(시험에서는 저렇게 친절한 H-R도를 주지 않습니다)

대각선 왼쪽 위를 보니까 푸른 별들이 많죠? 우리가 천체특강 할 때 푸른 별은 표면 온도가 높다고 했습니다. 이제 H-R도를 통해 푸른 별의 성질을 확인해볼게요. 그림 보니까 광도가 10^3, 10^4, 심지어 10^6인 녀석까지 존재합니다. 즉 푸른 주계열성의 광도는 밝은 편으로, 절대등급은 작네요. 하나 더, H-R도의 왼쪽으로 갈수록 O형에 가까워지니까 별의 표면온도가 증가하고, 위로 갈수록 밝기가 증가하는 걸 확인할 수 있으니까 왼쪽 위에 있는 푸른 주계열성들의 광도가 밝고 온도가 높다는 사실을 이런 식으로 다시 확인할 수 있었습니다.

왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 뻗어있는 주계열성 대각선을 따라 오른쪽 아래로 가볼게요. 분광형이 M형에 가까우니 표면 온도가 낮고, 세로축을 보니 광도가 작아 어둡습니다. 그러니 붉은 주계열성은 광도가 작고 절대등급이 크며 표면온도가 낮은 편이죠.

주계열성에 대한 문제가 H-R도와 함께 나온다면 H-R도 오른쪽 아래에서 왼쪽 위로 연결되는 대각선을 파악하시면 될거예요.

이제 저기 나타나는 다른 별인 초거성(Supergiant)와 거성(Giant)를 보겠습니다. 초거성과 거성은 주계열성의 진화때문에 생기니까 H-R도 상에는 주계열성을 나타낸 "대각선"과 연결되어있을겁니다. 확인해보니까 초거성은 거성에 비해왼쪽 위 지점과 연결된 걸 봐서 보다 밝고 뜨거운 별이 주계열 단계를 벗어나면 초거성이 되는 걸 알 수 있어요.(별의 진화에서 자세히 다루겠지만, 무거운 별이 진화해서 초거성이 되니까 왼쪽 위에 있는 주계열성이 더 무거운 별임을 알 수 있습니다)

초거성은 거성에 비해 위에 있는 걸 보아 초거성의 광도가 거성의 광도보다 더 밝을거고, 초거성이나 거성이나 오른쪽으로 가는 걸 보니까 주계열성에 비해 표면 온도는 더 낮네요.(내부온도가 아닙니다)

마지막으로 백색 왜성을 보니까 왼쪽 아래에 있습니다. 온도는 높은 편인데 어두운 특성에 맞네요.

하나 더, 백색왜성과 (초)거성을 비교해보겠습니다. 백색왜성은 반지름이 정말 짧아요. 실제로 서울 정도 크기의 백색왜성도 있습니다. 그치만 (초)거성은 이름답게 정말 크죠. 반지름이 크다는 얘깁니다. 왼쪽 아래에 있는 백색왜성의 반지름이 짧고 오른쪽 위에 있는 (초)거성의 반지름의 길이가 기니까 왼쪽 아래에서 오른쪽 위로 갈수록 별의 반지름의 길이가 증가한다는 사실을 추론할 수 있고, 수능장에서 써먹을 수 있을겁니다.

H-R도는 별의 진화를 연구하는데 정말 중요해서 지금 저도 H-R도 보면서 연구중이예요. 그래서 [천체특강 9]와 [천체특강 10]을 할 때 또 가져올거니까 지금 잘 공부해주시길 바랍니다!

그리고 별의 물리량을 기본으로 깔고 가야하는만큼 [천체특강 2]에서 [천체특강 6]을 한번 복습해주세요.

오늘 밤에 낼 퀴즈에는 H-R도 소재로 내겠습니다. 추가적으로 추론할 수 있는 개념이 하나 더 있는데, 이건 퀴즈때 얘기하도록 하죠^~^

(이후 퀴즈 링크도 이 글 댓글에 걸어둘게요)

[천체특강 1]

https://orbi.kr/00029960375

[천체특강 2]

https://orbi.kr/00031706306

[천체특강 3]

https://orbi.kr/00031840176

[천체특강 4]

https://orbi.kr/00031852333