[恒星物理学] HR図

HR(ヘルツシュプルング-ラッセル)図は恒星の進化を論ずる上でなくてはならないものです。縦軸には恒星の固有の明るさを示す量を表し、上に向かって明るくなるようにとります。横軸には星の表面温度を表す量をとり、右から左に向かって温度が高くなるようにとります。色々な種類のHR図がありますが大きく分けて、観測的HR図と理論的HR図に分けられます。観測的HR図では、縦軸に絶対等級が使われ、横軸に色指数(2つの異なる波長域フィルターを通して測定された等級の差: 例えば)が使われるのが一般的で、色等級図(CM diagram)とも呼ばれます。理論的HR図の縦軸にはluminosity または全輻射等級が採用され、横軸には有効温度(effective temperature )がとられます。下図は、理論的HR図の一例で、縦軸には恒星のluminosity を太陽luminosity を単位としたものの対数値、横軸には有効温度の対数値がとられています。有効温度は恒星が黒体放射を出していると仮定したときの表面温度で、実際の表面温度の近似値となっています。星の半径、luminosity 、有効温度には、

の関係があるので、下のHR図で半径一定の線は直線となります。右上ほど半径の大きい天体が位置します。ここではステファン-ボルツマン定数()です。

多くの星は、半径=1を表す直線と少し傾いた主系列に存在します。一方、太陽半径の百倍またはそれ以上のサイズを持つものもあり、巨星(giants)、超巨星(super giants)と呼ばれます。また太陽半径の1/100程度の半径を持つ白色矮星(white dwarfs)も存在します。

Luminosityと等級との関係は

で表されます。Luminosityは単位時間あたりに放出される全波長域のエネルギーを表しているので、全輻射等級に対応します。実視絶対等級と全輻射等級の間には

と関係付けられます。は全輻射補正(bolometric correction)と言われ、恒星の有効温度の関数です。太陽に対しては、です。

下の図は縦軸に実視絶対等級、横軸にスペクトル型を採用した模式的なHR図で、種族1の星に対する主系列、および種々のluminosity classの位置が記されています。

Luminosity classは

I 超巨星(supergiants)

II 明るい巨星(bright giants)

III 巨星(giants)

IV 準巨星(subgiants)

V 主系列星(main sequences)

VI 準矮星(subdwarfs)

VII 白色矮星(white dwarfs)

のように分類されます。

次の表は、各スペクトル型の星に対する典型的な絶対等級、色、有効温度、全輻射補正値などが記されています。

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