천문학

이전 섹션에서 우리는 오픈 클러스터는 구형 클러스터 보다 젊은 표시 하 고 협회는 일반적으로 더 젊은. 이 섹션에서는 이러한 성단의 나이를 결정하는 방법을 보여줍니다. 주요 관측은 이러한 다양한 종류의 성단에 있는 별들이 호형성체 다이어그램의 다른 장소에서 발견된다는 것입니다.그리고 우리는 그들의 위치를 이론적인 계산과 함께 사용하여 그들이 얼마나 오래 살았는지 추정할 수 있습니다.

젊은 성단의 호형성 다이어그램

최근 성간 구름에서 별이 응축 된 성단의 호형성 다이어그램에 대해 이론은 무엇을 예측합니까? 진화의 모든 단계에서 거대한 별은 질량이 낮은 별보다 더 빨리 진화합니다. 몇 백만 년이 지난 후(천문학자들에게”최근에”),가장 거대한 별들은 수축 단계를 완료하고 주계열 위에 있어야 하고,덜 거대한 별들은 오른쪽으로 떨어져 있어야 하며,여전히 주계열로 가야 한다. 이 아이디어는 그림 1 에 나와 있으며,이 그림은 뮌헨 대학의 키펜한과 그의 동료들이 300 만 년의 나이를 가진 가상의 클러스터에 대해 계산 한 다이어그램을 보여줍니다.

그림 1. 젊은 클러스터 홍-아르 자형 다이어그램:우리는 3 백만 년의 나이를 가진 가상의 젊은 클러스터에 대한 홍-아르 자형 다이어그램을 봅니다. 고질량(고광도)별들은 이미 그들의 삶의 주계열 단계에 도달한 반면,저질량(저광도)별들은 여전히 0-나이 주계열(적색 선)쪽으로 수축하고 있으며,아직 수소의 융합으로부터 그들의 모든 에너지를 끌어낼 만큼 충분히 뜨겁지 않다는 것을 주목하라.

이 설명에 맞는 실제 성단이 있습니다. 1950 년경에 처음으로 연구 된 것은 2264 년이었으며,여전히 가스와 먼지가 태어난 지역과 관련이 있습니다(그림 2).

그림 2. 2264: 우리로부터 약 2600 광년 떨어진 곳에 위치한 크리스마스 트리 클러스터로 알려진 새로 형성된 별의이 지역은 수소 가스(뜨거운 내장 된 별에 의해 이온화되고 빨간색으로 표시됨),어두운 가려지는 먼지 차선 및 화려한 젊은 별의 복잡한 혼합물입니다. 이 이미지는 약 30 광년의 장면을 보여줍니다. (신용:전자)

이 다이어그램은 그림 3 에 나와 있습니다. 오리온 성운의 중간에있는 클러스터(별 형성에 표시됨)는 비슷한 진화 단계에 있습니다.

그림 3 으로 표시됩니다. 여기서 점들이 조금 더 산란하지만 이론 및 관측 다이어그램은 놀랍고 만족스럽게 유사합니다.

클러스터의 나이가 들수록,그 다이어그램은 변화하기 시작한다. 짧은 시간 후에(주 서열에 도달 한 지 100 만 년 미만),가장 거대한 별들은 핵의 수소를 사용하고 주 서열에서 진화하여 적색 거성과 초거성이됩니다. 더 많은 시간이 지날수록,질량이 낮은 별들은 주계열을 벗어나 항성계열의 오른쪽 상단으로 나아가기 시작한다.

그림 4 는 약 1,000 만년 된 성단 3293 의 사진이다. 빽빽한 가스와 먼지 구름이 사라졌습니다. 하나의 거대한 별은 적색 거성이되도록 진화했으며 클러스터의 특히 밝은 주황색 구성원으로 두드러집니다.

그림 4. NGC3293:모든 별에서 열리는 스타 클러스터에 다음과 같 NGC3293 형태에 대해 동일한 시간입니다. 그러나 가장 거대한 별들은 핵연료를 더 빨리 소모하고,따라서 질량이 낮은 별들보다 더 빨리 진화한다. 별이 진화,그들은 붉게된다. 3293 의 밝은 주황색 별은 가장 빠르게 진화 한 클러스터의 구성원입니다. (신용:전자/지. 베카리)

그림 5 는 약 1 억년 된 열린 성단 41 의 항성도를 보여 주며,이 무렵에는 상당수의 별들이 오른쪽으로 이동하여 적색 거성이 되었다. 이 다이어그램에서 주 시퀀스 근처의 별과 적색 거성 사이의 간격에 주목하십시오. 틈이 반드시 별이 특정 온도와 광도의 영역을 피한다는 것을 의미하지는 않습니다. 이 경우 단순히 별이 매우 빠르게 진화하는 온도와 광도의 영역을 나타냅니다. 왜냐하면 이 특별한 순간에,우리는 도표의 이 부분을 가로지르는 과정에서 별을 잡지 못했기 때문입니다.

그림 5 로 표시되어 있습니다. 이 클러스터는 여러 개의 적색 거성을 포함하고 있습니다. 더 거대한 별 중 일부는 더 이상 제로 에이지 메인 시퀀스(빨간색 선)에 가깝지 않습니다. (비)이 지상 기반 사진은 열린 클러스터를 보여줍니다. 여러 개의 주황색 별이 포함되어 있습니다. 이 별들은 중심부에서 수소를 소진시켰고,붉은 거성이 되기 위해 부풀어 올랐습니다. (신용 나:노아/아우라/엔젤프로젝트 수정)

40 억 년이 지난 후,태양보다 몇 배 더 거대한 별을 포함하여 더 많은 별들이 주 시퀀스를 떠났다(그림 6). 즉,주계열의 맨 위에는 별들이 남지 않고,맨 아래에는 질량이 낮은 별들만이 남는다. 성단이 오래될수록,별들이 적색 거성 지역을 향해 움직이기 시작하는 주계열(그리고 별의 질량은 낮음)의 지점이 낮아진다. 별들이 주계열에서 벗어나기 시작한 위치를 주계열 분기점이라고 한다.

그림 6. 이전 클러스터에 대한 홍-아르 자형 다이어그램:우리는 42 억 4 천만년의 나이에 가상의 오래된 클러스터에 대한 홍-아르 자형 다이어그램을 봅니다. 주계열의 윗부분에 있는 대부분의 별들은 적색 거성 지역을 향해 꺼져있음을 주목하라. 그리고 클러스터에서 가장 거대한 별은 이미 죽었고 더 이상 다이어그램에 없습니다.

가장 오래된 성단은 구상성단이다. 도 7 은 구상성단(47)투카나의 하이–아르 자형 다이어그램을 도시한다. 밝기와 온도 눈금이 이 장의 다른 도표와 다르다는 것을 알 수 있습니다. 예를 들어 그림 6 에서 다이어그램의 왼쪽의 광도 눈금은 태양 광도의 0.1 배에서 100,000 배입니다. 그러나 그림 7 에서 광도 스케일은 범위가 크게 감소했습니다. 이 오래된 클러스터의 많은 별들은 메인 시퀀스의 맨 아래 만 남아있는 메인 시퀀스를 해제 할 시간을 가졌습니다.2014 년 11 월 1 일,2015 년 11 월 1 일,2015 년 11 월 1 일,2015 년 11 월 1 일,2015 년 11 월 1 일 이 그림에서 세로 축은

그림 7 로 표시됩니다. 이 다이어그램은 구상 성단 47 에 대한 것입니다. 광도의 배율은 이 장의 다른 도표와 다릅니다. 우리는 주계열의 아래 부분에만 초점을 맞추고 있으며,이 오래된 클러스터에 별이 여전히 남아있는 유일한 부분입니다.

우리가 논의 된 다른 클러스터는 몇 살입니까? 실제 연령(년)을 얻으려면,우리는 실제 클러스터의 관찰 된 시간–시간 다이어그램에 다른 연령대의 우리의 계산 된 시간-시간 다이어그램의 모양을 비교해야합니다. 실제로 천문학자들은 주계열의 맨 위 위치(즉,별이 주계열에서 적색 거성이 되기 시작하는 광도)를 클러스터의 나이(우리가 이전에 논의한 주계열 분기점)의 척도로 사용한다. 예를 들어,그림 3 과 그림 6 에서 여전히 주 시퀀스에있는 가장 밝은 별의 광도를 비교할 수 있습니다.

이 방법을 사용하면 일부 협회 및 열린 클러스터는 100 만 년 된 것으로 판명되고 다른 클러스터는 수억 년 된 것으로 판명됩니다. 성단을 둘러싼 모든 성간 물질이 별을 형성하는 데 사용되거나 클러스터에서 분산되어 멀리 이동하면 별 형성이 중단되고 그림 3,그림 5 및 그림 6 과 같이 점차적으로 낮은 질량의 별이 주 시퀀스에서 이동합니다.

놀랍게도 우리 은하의 구상성단 중 가장 어린 성단조차도 가장 오래된 열린 성단보다 오래된 것으로 밝혀졌다. 모든 구상 성단은 태양보다 적은 광도로 꺼지는 주요 서열을 가지고 있습니다. 이 붐비는 시스템에서의 별 형성은 수십억 년 전에 중단되었으며,꺼진 별을 대체하기 위해 새로운 별이 주 시퀀스로 들어오지 않습니다(그림 8 참조).

그림 8 이라는 세로 축이 있습니다. 연령대가 다른 클러스터에 대한 하이-아르 자형 다이어그램:이 스케치는 나이가 많고 나이가 많은 클러스터에 대한 하이-아르 자형 다이어그램을 만들 때 주 시퀀스의 턴 오프 포인트가 어떻게 낮아지는지를 보여줍니다.

실제로 구상 성단은 우리 은하(그리고 다른 은하에서도)에서 가장 오래된 구조물이다. 가장 어린 나이는 약 110 억 년이며 일부는 더 오래된 것으로 보입니다. 이것들은 우리가 알고있는 가장 오래된 물체이기 때문에,이 추정치는 우주 자체의 나이에 대한 최고의 한계 중 하나입니다—적어도 110 억 년 이상이어야합니다. 우리는 빅뱅에 관한 장에서 전체 우주의 나이를 결정하는 매혹적인 질문으로 돌아갈 것입니다.

용어집

주 시퀀스 분기점:

별이 주 시퀀스를 떠나기 시작하는 위치