주계열성과 적색거성의 영향차이가 궁금합니다

Question

주계열성에서는 수소 핵융합반응으로 중심부의 온도가 높아져서 막 내부압력이 커지고 할때도 그게 표면까지 영향을 안 미치고 적색거성에서는 헬륨 핵융합반응으로 중심부의 온도가 높아져서 막 내부압력이 커지고 할때 그게 표면까지 영향을 미치는데 둘다 중력이 있는데도 왜 차이가 생기는건가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

주계열성과 적색거성이 중력을 똑같이 작용함에도 표면 변화에서 극단적인 차이가 나는 이유는 별 내부의 구조적 밀도 분포와 에너지 생성 메커니즘이 완전히 다르기 때문입니다.

주계열성 중심부에서 수소 핵융합 반응이 활발해져 온도가 올라가면, 중심부가 미세하게 팽창하고, 중심부가 팽창하면 밀도와 온도가 다시 떨어져 핵융합 속도가 줄어듭니다. 별 전체의 밀도 변화가 완만하며, 중심부에서 발생한 에너지와 별 전체에 작용하는 중력이 완벽한 정역학 평형을 유지합니다. 따라서 내부 압력이 세져도 별 전체의 크기는 크게 변하지 않고 안정적으로 유지됩니다.

반면, 적색거성은 중심부의 수소가 모두 탄소, 헬륨 등으로 변해 핵융합이 끊기면, 중심핵은 압력을 잃고 자체 중력으로 강력하게 수축하기 시작합니다. 중심핵이 수축하면 중력 에너지가 열로 바뀌어 온도가 급격히 올라갑니다. 수축하는 중심핵 바로 바깥쪽의 수소 층이 엄청난 열을 받아 폭발적인 속도로 수소 핵융합을 일으킵니다. 이때 나오는 에너지는 주계열성 중심부에서 나오던 에너지보다 훨씬 막대합니다.

결과적으로 주계열성은 중심부 에너지와 중력이 완벽하게 균형을 맞추는 단일 구조인 반면, 적색거성은 극도로 단단하게 쪼그라든 중심핵과, 그 위에서 엄청난 에너지를 뿜어내며 약해진 중력을 뚫고 겉껍질을 밀어내는 불균형 구조이기 때문에 표면이 거대하게 부풀어 오르게 됩니다.