H-R도

H-R도의 모습

1. 개요[편집]

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색등급도(Color-Magnitude diagram), HR도(Hertzsprung-Russell diagram, 헤르츠스프룽-러셀 도)라고 부른다.

항성들을 밝기와 온도에 따라 나누어 놓은 등급도이다. 헤르츠스프룽과 러셀이라는 과학자가 비슷한 시기에 각각 독자적으로 만들어서 그들의 이름을 따 HR도라고도 부른다. 세로축은 항성의 절대 등급 또는 광도로 나타내고,가로축은 항성의 표면 온도 또는 스펙트럼형(분광형)으로 나타낸다. 일반적으로 태양을 기준으로[1] 나타내며, 별의 위치가 어디에 있느냐에 따라 별의 종류를 알 수 있다. 별의 일생을 나타낼 때에도 많이 쓰인다. 성단 이상의 천체를 연구할 때 HR도 분석은 거의 필수적이며, 가장 기본적인 툴이다.

고등학교 지구과학1에서 처음 나온다.

2. 별의 종류[편집]

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왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 이어지는 대각선 영역에 존재하는 별들은 주계열성으로, 왼쪽 위로 갈수록 (온도 또는 광도가 높을수록) 반지름과 질량이 크지만 진화 속도가 빨라 수명이 짧다.[2]

오른쪽 상단에 존재하는 별들이 적색 거성으로, 중심의 헬륨핵에서 핼륨 핵융합 반응이 일어나 면적은 더 넓어지고 부피가 팽창하게 된다. 이로써 표면 온도는 낮아지지만 (HR도에서 오른쪽으로의 이동) 부피의 팽창 속도가 훨씬 빨라 별은 더 밝아진다. (HR도에서 위쪽으로의 이동)

왼쪽 하단에 존재하는 별들이 백색왜성으로, 거성이나 초거성의 폭발 (초신성) 이후 수축하여 만들어진다. 따라서 온도는 높아지지만 (H-R도에서 왼쪽으로의 이동) 별의 부피가 작아지므로 광도는 낮아진다. (H-R도에서 아래쪽으로의 이동)

가운데 상단에는 황색거성이, 왼쪽 상단에는 청색거성이 있다. 그 상단으로는 적색초거성, 황색초거성, 청색초거성 등 초거성이, 더욱 상단으로는 극대거성이 있다.

표의 맨 왼쪽인 분광형 O형 항성의 경우 주계열성과 초거성의 구분이 점점 어려워진다.

3. 별의 진화[편집]

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HR도가 단순히 별의 종류나 보자고 쓰인다면 그저 한번 보고 지나갔을 테지만 당연히 이게 끝이 아니다. 바로 별의 진화의 경향이 단 한 장의 그래프에 나오게 되는 강력한 툴이다. 때문에 전공자들은 이 HR도의 해석에 한 학기를 투자하게 된다. 세부 전공 분야에 따라 차이는 있지만 애초에 이거 해석하지 못하면 졸업을 할 수 없다.


이런 식으로 별의 진화 과정을 표현해낸다.[3]

여담으로 태양 질량 0.8배 미만의 별들은 무시되는 경우가 흔한데, 이들은 현 우주의 나이(약 138억 년)보다 수명이 길어 최종 진화 단계에 도달하지 못하였기 때문이다. 시뮬레이션에 따르면 태양 질량의 0.25배 미만부터는 적색거성이 되지 않으며, 청색왜성이 되어 HR도의 왼쪽 방향으로 이동한다고 한다.

4. 영년주계열[편집]

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Zero Age Main Sequence. 줄여서 ZAMS(잼스)라고 부른다. 처음 만들어 졌을 때 주계열성의 위치를 HR도 상에서 찍은 후 연결하면 얻을 수 있다.

5. 은하의 색등급도[편집]

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비슷한 원리로 은하의 색등급도도 그려볼 수 있다. 색등급도 내에 들어가는 점 하나하나를 항성에서 은하로 대체한 버전이다. 항성과는 달리 주로 x축을 등급으로 쓰고 y축을 색으로 쓴다는 점이 특징이다.

색등급도 상에서의 은하들의 분포는 두 개의 명확한 덩어리로 나누어진다. 위쪽에 존재하는 길다란 줄 모양의 분포는 적색계열(Red sequence) 라고 부르며 늙은 별들로 이루어진 타원은하나 렌즈형 은하 등이 주로 위치해 있다. 아래쪽의 넓은 영역은 청색 구름(Blue cloud)라고 부르며 나선은하와 같은 활발한 별 탄생이 이루어지는 은하들이 위치한다. 적색계열과 청색 구름 사이에는 은하가 별로 없는 구간이 있는데 이곳을 흔히 녹색 골짜기(Green valley)라고 부른다.