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헬륨 섬광

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파일:나무위키 하얀 별 로고.svg 주계열성 이후 항성의 진화
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단계
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≤
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≤
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≤
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≤
250
≤
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<nopad>
103
≤
주계열성 초대질량 항성
(쿼시 별)
후주계열단계
 청색왜성 준거성 볼프-레이에별WL
LBV
거성色* 초점근거성 (LBV)
초거성·
극대거성色*
적색거성 헬륨 섬광*
(O·B형 준왜성)
수평가지별
(적색덩어리거성·청색고리별)
점근거성
(OH/IR 별)
(OH/IR
초·극대거성) 		볼프-레이에별WL
행성상성운·PG 1159 별 초신성·극초신성 쌍불안정성
초신성 		극초신성
밀집성
단계와
그 후
 헬륨 백색왜성* 백색왜성 중성자별
(킬로노바·마그네타) 		블랙홀 잔해 없음 블랙홀
흑색왜성*·Ia형 초신성·헬륨 별*
철 별*
블랙홀
초대질량 블랙홀로 흡수
호킹 복사로 소멸
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* 기울임: 현재 우주에서 관측 및 발견이 불가능한 이론상의 천체
  • WL: 볼프-레이에별과 LBV의 경우, 아직 두 항성의 형성과 진화단계를 정확하게 설명하는 이론이 존재하지 않는다. 따라서 틀에 서술된 진화 과정은 여러 이론들을 총합하여 서술한 것이며, 실제 진화과정은 틀의 서술과 다를 수 있다.
  • 色: 주계열을 떠난 일반·초·극대거성들은 특이사항이 없는 이상 크기가 커짐과 동시에 온도가 낮아지는 방향으로 진화하며 결과적으로 적색이 된다.
  • ( ): 괄호 안의 항성진화 과정은 거칠 수도 있거나 또 다른 형태로 존재하는 경우를 의미한다.
  • *: 참고
    • 1. 항성의 초기 질량 외에도 중원소 함량, 회전속도 등에 따라서도 진화 과정이 달라질 수 있으나 이 틀에서는 고려되지 않았다.
    • 2. 거성, 초거성, 극대거성 등의 분류는 여키스 분류법을 따른 것으로 엄밀하게 구분되지 않으며, 항성의 진화 단계를 정확하게 표기하기 위한 기준으로 사용되기는 어려울 수 있다.
    • 3. 태양 질량의 2.25~8배의 질량을 갖는 별은 핵이 축퇴 상태에 이르기 전에 헬륨 연소가 시작되므로 헬륨 섬광을 겪지 않고 헬륨 핵융합을 시작한다.
    • 4. 헬륨 백색왜성은 헬륨 핵을 가진 적색거성이 동반 천체에 의해 외피층을 잃는 방식으로도 형성될 수 있다.
    • 5. 1.2~1.4배의 태양 질량을 가진 흑색왜성은 이후 찬드라세카르 한계에 의해 폭발하게 된다.
    • 6. 헬륨 별은 이후 행성상성운을 남기고 폭발하여 탄소-산소 백색왜성이 된다.
    • 7. 철 별은 양성자 붕괴가 발생되지 않을 경우에만 형성되며, 양성자 붕괴가 발생될 경우 흑색왜성은 구성물질이 미립자 단위로 붕괴되면서 소멸할 것으로 예상되고 있다. 이후 철 별은 양자 터널링을 거쳐 중성자별 또는 블랙홀로 진화한다.
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1. 개요2. 특징3. 이후 진화4. 관련 문서
파일:IMG_0880.png
헬륨 섬광 항성의 내부 모습(3번째)

1. 개요

헬륨 섬광 / 氦閃 / Helium flash

헬륨 섬광은 중심핵에서 다량의 헬륨-4가 짧은 시간동안 폭발적인 핵융합을 하면서 발생하는 현상으로, 적색거성 말기와 수평가지 사이에 발생하는 단계다.

태양을 포함한 태양 질량 0.5배 ~ 2.25배 정도 되는 별의 중심핵은 축퇴 상태에 다다르고, 마침내 중심핵의 온도가 헬륨 핵융합의 개시 온도인 1억 K에 다다르게 된다. 핵의 중심부에서 헬륨 핵융합이 발생하고, 축퇴 기체는 그 압력이 온도에 영향을 받지 않아 팽창에 따른 온도 증가 억제가 일어나지 않으며, 같은 온도라도 입자의 운동량 분포가 맥스웰-볼츠만 분포를 따르는 이상기체에 비해 전자가 갖는 운동량이 훨씬 크며 평균자유행로도 아주 길어 열전도율이 매우 높기 때문에 헬륨 핵융합의 폭발적인 에너지는 수분 내로 별 전체로 퍼진다. 헬륨 핵융합이 급격히 중심핵 전체로 퍼지는 바로 이 현상을 헬륨 섬광이라고 한다. 태양 질량의 2.25~8배의 질량을 갖는 별은 핵이 축퇴 상태에 이르기 전에 헬륨 연소가 시작되므로 헬륨 섬광을 겪지 않고 헬륨 핵융합을 시작한다.

헬륨 백색왜성이 어떠한 이유로 태양 질량의 0.5배 이상이 되면 이 과정을 거칠 것으로 보인다. 적색거성으로부터 진화하는 위와 다르게 중심핵만 존재하기 때문에 헬륨 섬광이 일어나면 크기와 광도가 종전에 비해 폭발적으로 증가하게 되면서 말 그대로 플래시 상태가 된다. 이후에는 중심핵이 수축하면서 헬륨 별이 될 것이다.

2. 특징

헬륨 섬광은 굉장히 강렬하지만, 축퇴상태에서 빠르게 빨려들어가지 않은 별의 대기 때문에 그 에너지가 대부분 별의 사이즈를 기존의 별의 대기권까지 팽창하는데 쓰이고, 별 밖으로 나오지 못하여, 별의 전체적인 절대광도가 순간적으로 증가하는 일은 일어나지 않는다. 헬륨 섬광에 의해 핵의 온도가 크게 올라가면 고밀도 환경이어도 전자의 운동량 분포가 맥스웰-볼츠만 분포를 따르는 것이 가능하기 때문에 핵의 축퇴가 풀린다. 헬륨 섬광 이후 별은 팽창을 멈추고 또 수축하기 시작한다. 수축하면서 또 올라가는 온도에 의해 마침내 껍질에서는 남은 수소의 핵융합이 조금씩 진행되고, 중심핵에서는 헬륨 핵 융합이 발생하는 안정된 단계에 들어서며, 별은 수평가지에 도달한다.

3. 이후 진화

수평가지에서 헬륨 핵융합이 끝나고, 헬륨 핵까지 다 써버린 별은 또 다시 연료 고갈을 겪게 되면서, 주계열성을 떠날 때처럼 별의 껍질부분은 부풀기 시작한다. 이 단계를 점근거성가지라고 한다. 별의 위치는 H-R다이어그램에서 우측 상단으로 이동하고,[1] 팽창된 대기는 광도를 증가시킨다.

4. 관련 문서


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[1] 전체적인 광도는 증가, 겉의 온도(K)는 하락. 그러면 스테판 볼츠만 법칙에 의해 반지름이 증가한다.

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