星の進化：宇宙を変えた図

科学における大きな飛躍は、多くの場合、明白な疑問を投げかけ、それらに答える独創的な方法を考え出すことからもたらされます。宇宙の大部分は彼らの手の届かないところにあるため、従来の意味での実験を行うことができない天文学者にとって、これは.特にそうです。彼らは、遠くの天体からの光の形ですでに地球に到着している情報を利用するための新しく革新的な方法を見つけることに頼らなければなりません.

たとえば、星をちらりと見ると、3 つのことがすぐに目立ちます。星は空に不均一に散らばっており、明るさが大きく異なり、強烈な青や白から燃えるような赤まで色が異なります。

これらの特性は非常に明白であるため見落としがちですが、現在ヘルツスプルング・ラッセル図と呼ばれるものを作成する上で重要な役割を果たしました。これは、星の物理的特性を説明するだけでなく、彼らの過去の歴史と未来の進化。物語は、空で最も有名な星団であるプレアデスから始まります。

プレアデス星団は、雄牛座であるおうし座の肩に位置し、北半球の冬の間、夜空に見紛うことのない光景です。秋から冬にかけて、夜遅くに東の空に昇る独特の釣り針の形をした光の塊として、それらを探してください。

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古代ギリシャ神話のセブン シスターズにちなんで名付けられたにも関わらず、平均的な視力を持つ人々が肉眼で見ることができる星は 6 つだけであるとよく言われます。

シスターズは明らかに最初の望遠鏡のターゲットであり、時間をかけて考えたほとんどの人は、そのようなアライメントが偶然に起こる可能性は非常に低いことに気づきました. 1767 年、英国の聖職者であり哲学者でもあるジョン・ミシェルは、数字を計算し、偶然に一致する確率は 50 万分の 1 であると発表しました。

当時の技術では、プレアデス星団までの真の距離 (現在では約 450 光年と考えられています) を推定することは不可能でしたが、星団が物理的なグループであることは否定できません。地球からの距離。

これは、天文学者が星の距離の違いや、私たちと星の間の光を吸収するダストの量の違いが、地球から見た星の明るさと色にどのように影響するかについて心配する必要がなくなったことを意味しました。

代わりに、プレアデス星団の星団の測定された特性の違いは、すべての場合に同じ要因の影響を受ける、真の明るさと色の違いを直接反映していると仮定するのが安全でした. 1908 年頃、Ejnar Hertzsprung と呼ばれる独創的な若いデンマーク人が、これをうまく利用する方法を見つけました。

Hertzsprung はもともと化学者として訓練を受けていましたが、最近、星に対する少年時代の情熱に戻ってきました。彼はまた、水平思考と適切なタイミングで適切な質問をする才能も持っていました.

たとえば、1900 年代の初めに、彼は、すべての星がほぼ同じ速度で空間をランダムに漂流する場合、比較的近くにある星は地球の空を移動するはずであるという考えに基づいて、星までの距離を推定するための巧妙な経験則を思いつきました。遠く離れたいとこよりも速く。

彼の大まかな距離の見積もりを星のスペクトルのパターン (星の光が波長と色によって分割されるときに生成される虹のようなバンド) と組み合わせることによって、スペクトルだけから 2 つの広い星のクラスを識別することを可能にする特徴を見つけました。一方では太陽のようなかなり平均的な星であり、他方では遠く離れていても明るく見えるまれな星でした.天文学者はすぐに、これら 2 つのクラスを「小人」と「巨人」と呼び始めました。

多数のより一般的な矮星の間で特性を比較する方法を探していたヘルツスプルングは、プレアデス星団に照準を合わせました。すべての星が同じ距離にあるという便利な仮定を使用して、彼は個々の星の見かけの明るさとスペクトル タイプ (色と表面温度の指標) を比較するグラフを考案しました。

最終的に 1911 年に公開されたとき、プレアデス星団の星はスペクトルの青色端に大きく偏っているため、グラフの範囲は限定されていました。しかし、明確なパターンを示すには十分な多様性がありました。最も明るい星は最も熱く、明るさが低下すると温度も低下しました.

ヘルツスプルングの図は、星について非常に重要なことを明らかに暗示しており、彼の師であり尊敬されているドイツの天文学者カール・シュヴァルツシルトは、それが大きな発見であると確信していました。しかし、天文学界はまだ納得していませんでした – そこにヘンリー・ノリス・ラッセルが登場します。

ニューヨーク州の長老派教会の牧師の息子であるラッセルは、より単純な学問の道に沿って星への関心を追求していました。プリンストン大学で学位と博士号を取得した後、1902 年から 1905 年頃にケンブリッジ大学で研究を行い、連星 (互いの周りを周回するもの) の特性を決定する方法に焦点を当てました。

連星は、地球から同じ距離にある星の特性を見つけて比較する別の方法を提供しましたが、ラッセルは、連星の軌道を使用して真を見つけることもできることに気付きました

原理は横方向の思考のもう 1 つの例でした。連星系についてその軌道の真の寸法を計算するのに十分な情報を得ることができれば、それを見かけと比較することができます。 空での軌道のサイズと、それがどれだけ離れていたかを把握します。この方法は少数の星でしか機能しませんでしたが、サイズ、質量、スペクトル タイプ、光度などの星の特性を比較するという問題全体にラッセルは興味を持ちました。

1911 年にプリンストン大学の教授に就任したばかりの彼は、ヘルツスプルングのアイデアの可能性を理解するのに適した立場にありましたが、プレアデス星団の限られた範囲を超えてそれを拡張する必要性を認識していました。この時点で、彼は幸運でした。他の天文学者は、新しい測定技術を使用して、別の有名な星団であるヒアデスまでの距離について、2 つの独立した見積もりを発表しました。どちらも、地球から約 135 光年離れています。

ヒアデス星団は、比較的大きく緩い星団であり、私たちの空ではプレアデス星団の近くにあり、雄牛のおうし座の顔を表しています。ラッセルにとって有用な星は、はるかに広い範囲の色に広がっています。ラッセルは、それらの真の明るさの推定値を、彼自身のバイナリ測定値と、他の方法で距離を測定できるいくつかの近くの星の特性と組み合わせることで、約 300 の星を直接比較することができました。

1913 年 12 月に公開されたラッセル版の「H-R ダイアグラム」は、縦軸で恒星の明るさを測定し、横軸でスペクトル型を測定するという、以来ずっと続いてきたテンプレートを設定しました。

ヘルツスプルングの初期のダイアグラムで示唆されたパターンが突然明確になりました。大部分の星 (矮星) が、明るい青い星とかすかな赤い星を結ぶ斜めの帯を形成しました (ヘルツスプルングがすでに「主系列」と名付けた領域)。その優位性）

一方、一握りの巨人は、広いバンドで図の上部を水平に走っていました。 2 つのグループはスペクトルの高温の青い端で接近しましたが、星が非常に明るいか非常にかすかである低温の赤い端では大きく離れていました。

恒星の特性の真の分布を初めて明らかにした H-R 図は、天文学にまったく新しい語彙を与え、特徴的な赤色矮星、赤色およびオレンジ色の巨星などの存在を強調しました。これらはすぐに白色矮星 (非常に高温だがかすかな星であり、現在は太陽のような星の露出した燃え尽きた核であることが知られている) と、図の上部に沿った超希少な多色超巨星の範囲さえも加わった.

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一方、ラッセルは、この図の星の相対数は必然的に、より簡単に見ることができる星に偏っていると指摘した.巨人は何百光年も光り輝いているが、矮星、特にオレンジ色と赤色のものはほとんど見えない.私たちの宇宙の裏庭。

ヘルツスプルングとラッセルのブレークスルーに続く数十年は、星の構造の理解に大きなブレークスルーをもたらし、1930 年代にコアの動力源としての核融合が発見されて最高潮に達しました。

最終的には、核物理学と星の構造を一緒に理解することで、図を新しい方法で利用できるようになります。これは、現在の星の特性のマップとしてだけでなく、星のさまざまな段階での変化する特徴を示すテンプレートとしても使用できます。過去から遠い未来まで、彼らの人生をたどることができます。

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