恒星の最後

Question

太陽くらいの大きさの恒星は、寿命がくると膨らんで赤色巨星になったあと白色わい星になると聞いたことがあるのですが、太陽がもしそうなった場合、どの惑星くらいまで膨らむのかということと、赤色巨星になったあと白色わい星になるまでどのくらいの時間がかかるのかということを教えてください。

starflora · Accepted Answer

太陽程度の質量の通常の星は、水素を核反応させて燃え、その期間はほぼ１００億年で、現在は、その中間の５０億年程度経過した時点になり、後、５０億年ほど燃え続けます。ただ、その終期になると、赤色巨星化の兆候が現れ、最後の１５億年ほどになれば、現在の３倍程度の大きさに膨らむという説があります。水素の燃焼が終了すると、核燃料として太陽はヘリウムを燃焼するようになります。この段階が「赤色巨星」です。
　
　　赤色巨星へと移行するのは、非常に素早く、約２億５千年で赤色巨星に変化するとされます。この過程には、先に述べた、終期の赤色巨星化への順次プロセスも含まれているのかも知れません。ある日、突然に赤色巨星になる訳ではないので、それなりに移行期があり、移行のあいだは、中間状態のようなものがあります。（超新星爆発のようなケースは、徐々に超新星爆発へのプロセスが準備されて行き、ある臨界点で、突如、現象が発生する訳ですが、太陽の赤色巨星化、赤色巨星の白色矮星化というのは、連続した過程で、安定状態に落ち着くまで、それなりの移行期があるのです）。
　
　　赤色巨星から白色矮星への過程は、単純な過程ではなく、かなり複雑で、参考ＵＲＬの英文ページの「The Death of the Sun（太陽の死）」の絵にあるように、惑星状星雲の形成や、その途上でのヘリウム・フラッシュなどがあり、「赤色巨星→惑星状星雲→白色矮星→黒色矮星」と大体なり、惑星状星雲のコアに白色矮星が構成されて行きます。一旦、白色矮星となると、それは、何十億年とその状態を維持します。
　
　　赤色巨星から白色矮星への移行はどれぐらいの時間かというのは、調べてもよく分からないのですが、（連続過程があるからだというのが、その理由でしょう）、それほど長い時間を要する訳ではないという記述が英文ページにあるのですが、具体的な数値が出ていません。長い時間を要しないというのは、太陽の進化などの時間スケールで考えると、数億年程度か、それ以下の時間だと思えます。
　
　　この時間について、以下のページでは、１億年という数字を提示しています。これがどれだけ妥当性があるのか分かりませんが、「短い期間」であるという英文記述にも合致します。１０億年とかだと、短いとは言えないのです。（太陽のような主系列星は、「赤色巨星」になるので、この場合、物質やエネルギーを大量に放射し、惑星状星雲を構成して行くので、それほど長い年月維持できないのです。ヘリウム燃焼過程も、水素燃焼に較べれば、持続期間が当然短いからです。よく紹介されるのは、主系列星の赤色巨星ではなく、「超赤色巨星」で、これは、少し赤色巨星とは別のものです）。
　　http://www5a.biglobe.ne.jp/~fujiken1/N46.htm
　
　　なお、赤色巨星に太陽がなった時、その直径は、大体、現在の１００倍程度になり（２００倍だというのもあります）、水星の軌道辺りまで膨張するとされます。太陽と地球の距離は、太陽の直径１００個分程度というのは、そんなはずはないのですが、色々なサイトで見ると、複数のサイトでも、そういう記述があります。しかし、これは間違いです。
　
　　太陽は、半径約７０万キロメートルです。地球の半径は、約６４００キロメートルですから、地球の半径の大体１００倍ぐらいが太陽の半径なのです。他方、地球と太陽の平均距離は、１天文単位と呼ばれますが、これは、約１．５億キロメートルです。これは、太陽半径の約２００倍です。水星と太陽のあいだの距離は、約０．４天文単位、０．６億キロメートルで、大体１００倍に太陽が膨張すると、水星の少し先まで膨張するので、水星を呑み込むのです。木星は、約５天文単位ですから、これを呑み込もうとすると、太陽は、１０００倍以上膨張せねばならなくなりますが、そんな数字は見た記憶がありません（１００倍が普通で、時に、１００倍から２００倍です）。
　　http://www.edugeo.miyazaki-u.ac.jp/earth/edu/solar/solardata.html
　
　　白色矮星として安定すると、直径はほぼ地球ぐらいの大きさになりますが、この時の質量は、惑星状星雲などを造るとき、かなり失われていて、１／２以下であるというのが一般に言われています。どれぐらいなのか、正確な数値はこれも分かりませんが、現在の太陽の質量が、そのまま維持されるのではありません。

参考URL：http://www.enchantedlearning.com/subjects/astronomy/sun/sundeath.shtml

noname#2353 · Answer

太陽程度の質量だと約１００億年，燃える時代が続きます。太陽は誕生して約４６億年としたら，あと約５４億年後，地球はその最期の時を迎えることになるでしょう。太陽はいまの大きさの約１００倍以上膨らむと推定されています。地球と太陽の距離は，だいたい太陽１００個ぶんくらいなので，間違いなく地球は飲み込まれることでしょう。木星まで飲み込まれると予想されています。赤色巨星になった太陽は，現在地球から見える（今なら）オリオン座のベテルギウスのようになるのです。ベテルギウスは太陽の５００倍から１０００倍もあるとされています。赤色巨星になった太陽はやがて，外層部で激しい爆発を起こして最期を迎えます。表面のガスを周囲に放出し続けどんどん小さくなっていき惑星状星雲となります。そしてやがて太陽はヘリウム核だけの星なります。ヘリウム核はさらに収縮を続け，地球と同じくらいの大きさになり収縮はとまります。大きさは地球ぐらい，でも重さは太陽と同じ，想像を絶する重い星，いわゆる白色矮星です。赤色巨星になったあと白色矮星になるまでの期間は約１０億年程とされています。

kawakawa · Answer

たしか，地球軌道を完全に飲み込む程度までは膨れ上がってしまうと聞いたことがありますが，学説でも，現在の直径の１００倍になるというものや，２００倍になるであろうというものもあり，決定的なものはだされていないと記憶しています。
赤色巨星になった後は速やかに収縮して白色矮星になるということらしいのですが，具体的にどの程度の時間を要するかということについては聞き及んでいません。
ただ，中性子星となるということは，凄まじい圧縮が起こる結果だと思われますので，非常に高速なのではないかと想像できますネ。
あと４４億年ほどで太陽系は消滅するのですネ‥
以上kawakawaでした

恒星の最後

太陽程度の質量だと約１００億年，燃える時代が続きます。

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