ベテルギウス: オリオン座の混沌の果てにある巨星

ベテルギウス: ハンターズショルダー

ベテルギウス、とも呼ばれますオリオン座アルファ星、肉眼で見える最も大きくて明るい星の1つです。 地球から約 640 光年離れたオリオン座に位置し、天の狩人の左肩を示しています。 この赤色超巨星の半径は太陽の約 900 倍で、火星が太陽系の中心にあった場合、その軌道を容易に包み込んでしまいます。 その質量は太陽質量の10～20倍と推定されており、大災害、つまり超新星によってその生涯を終える巨人の一つに数えられる。

ベテルギウス: 内部構造と不安定性

ベテルギウス: 奇妙な恒星の暗転

スペクトル型 M1-2 Ia の赤色超巨星として、ベテルギウスは数十万年前に主系列を離れました。 すでに核の水素を使い果たしており、中心の陽子と陽子の核融合が停止している。 その後、重力によって核が収縮し、トリプルアルファによるヘリウムの炭素と酸素への融合が始まるまで温度が上昇しました。 この溶融ヘリウムの中心の周りには同心円状の層があり、中心から離れると徐々に軽い核融合反応が起こります。炭素、ネオン、酸素、そして周囲の残留水素の層です。 このオニオンスキン構造は、寿命の終わりにある大質量星の特徴です。

これらの層の間に生じる極端な温度勾配は非常に強力な対流を引き起こし、エネルギーだけでなく重元素も地表に向かって輸送します。 これらの対流細胞は、巨大なサイズ（時には星の半径の 4 分の 1 に相当する）で、光球に動的な変化を引き起こし、光度の不規則性の形で地球から見ることができます。 さらに、ベテルギウスは、放射圧力と重力の間の一時的な静水圧の不均衡により、半規則的な脈動を示し、その結果、数百日の期間にわたって有効半径と温度が変動します。

2019年末から2020年初頭にかけて観測された壮観な暗闇現象は、素晴らしい調光、これらの超巨星の大気現象の複雑さを強調しました。 2 つの主な説明が提唱されています。1 つは、極端な対流または光球の実効温度を一時的に変化させた内部衝撃波に関連した局所的な温度低下です。一方、高密度で塵の多いガスの噴出は、低温で凝縮してケイ酸塩となり、可視光を吸収して恒星円盤の一部を一時的に覆い隠した。 この後者の仮説は、視線の近くで形成されている塵雲を明らかにした赤外線と偏光の観測によって裏付けられています。

この不安定な挙動は、重力崩壊に近い星に特有の現象です。 ベテルギウスの初期質量は太陽質量 15 ～ 20 倍と推定されており、おそらく今後 10 万年以内に II 型超新星としてその生涯を終える運命にあります。 したがって、その明るさの変化を監視することは、大質量星の進化の最終段階、つまりプラズマ物理学、溶融層の力学、放射不安定性が組み合わさって壮大でありながらまだ不完全に理解されている現象を生み出す段階にある、独自の窓を私たちに提供してくれる。

ベテルギウス: 超新星爆発の運命

ベテルギウスの運命は決まっています。心臓に鉄が蓄積し、発熱融合ができなくなると、重力圧力が支配するようになります。数秒のうちに核は崩壊し、タイプ II 超新星の外層を粉砕する衝撃波が発生します。この爆発は、銀河全体と同じ量のエネルギーを数日間放出します。もしそれが次の数千年以内に起こったとしたら、その出来事は地球から白昼の中でも見えるだろうが、いかなる危険も示さず、ベテルギウスは遠すぎて放射線が私たちの生物圏に重大な方法で到達することはできない。

ベテルギウス: 最後の星の息吹を知る窓

ベテルギウスの対流

ベテルギウスの研究により、大質量星の終末段階をより深く理解できるようになります。天体物理学者たちは、干渉法、赤外線観測、流体力学モデリングを使用して、この赤色巨星の内部とその対流、脈動、質量損失現象を調査しています。ベテルギウスは、超新星は生命の成分である重元素で星間環境を豊かにするため、一見安定しているように見える星でさえ、巨大な内部力学にさらされ、激しくも形成的な変化を告げることを私たちに教えてくれます。

干渉法によるベテルギウスの半径の計算

ベテルギウスのような近くの星の物理半径を推定する最も直接的な方法の 1 つは、光干渉法に依存しています。 この技術により、星の角直径、つまり地球から見た星の直径の角度を測定することが可能になります。 このデータを星の距離と組み合わせることで、純粋な三角幾何学に従ってその実際の半径の推定値が得られます。

使用される公式

星の半径 R は次の関係によって得られます。

R = (d × θ) / 2

• d は星からの距離 (メートル単位)、
• θ は星の見かけの角直径 (ラジアン単位) です。

ベテルギウスの観測データ

• 距離 d ≈ 197 pc = 6.07 × 10¹⁸m（ガイアDR3測定）
• 角直径 θ ≈ 42 マス = 2.04 × 10⁻⁷rad (光干渉法により取得)

ベテルギウスの半径の計算

R = (6.07 × 10¹⁸m×2.04×10⁻⁷) / 2 ≈ 6.2 × 10¹¹メートル

この半径はおよそ次の値に相当します。

R/R_☉≈ (6.2 × 10¹¹) / (6.96 × 10⁸) ≈ 891R☉

干渉分析によると、ベテルギウスの半径は約太陽の890倍。 この値は、他の間接的な方法と非常に一致しており、この星の直径が太陽系の木星の軌道に匹敵する赤色超巨星であることを裏付けています。

いくつかの巨星と超巨星の大きさの比較

私たちの太陽は、いくつかの星と比較すると、実際には非常に小さいです。私たちの宇宙の青色巨星や赤色巨星に比べれば、惑星は単なる塵にすぎません。この YouTube ビデオでは、惑星と恒星の相対的な大きさが最小から最大まで示されています。 このビデオでは、最初に月、太陽系の惑星が大きい順に並べられ、次に太陽が表示されます。次に、銀河系最大の星々がパレードします。それらのおおよそのサイズは、色と距離から推定される明るさ、温度から計算されました。