태양의 수명이 다하는데 왜 크기가 수십배 이상 커지는 이유가 궁금합니다.

Question

태양은 수명은 아직도 많이 남아 있기는 한데요. 과학자들이 태양이 수명이 끝날때 쯤이면 거대항성으로 변할거라고 하는데 그 이유가 무엇인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 과학전문가입니다.

태양의 핵은 점차 수소 연료가 고갈되고 중력에 의해 수축하기 시작합니다. 이 수축은 핵의 온도와 압력을 증가시켜 태양의 바깥층을 팽창시킵니다. 이 팽창은 태양 내부의 열압이 증가하여 태양의 바깥층을 바깥쪽으로 밀어내기 때문입니다. 태양이 계속해서 노화되고 남은 연료를 소모함에 따라 팽창 과정이 가속화되어 태양이 적색 거성이 됩니다. 적색 거성 단계 동안 태양의 외층은 현재 크기의 몇 배로 확장되어 궁극적으로 현재 크기보다 10배 이상 큰 크기에 도달합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.태양은 현재 수소를 핵융합하여 헬륨으로 만들어내는 과정을 거치면서 에너지를 방출하고 있습니다. 이러한 과정은 태양이 일종의 핵융합 반응로 작용하는 "주요 수열" 단계에 있다는 것을 의미합니다.

하지만, 수소를 핵융합하여 만들어낼 수 있는 에너지는 한계가 있습니다. 언젠가는 태양의 핵에서 수소를 핵융합하여 만들어낼 수 있는 충분한 양의 에너지가 고갈될 것입니다. 이때, 태양은 내부에서 핵융합 반응이 일어나지 않게 되며, 그 결과로 인해 내부 온도와 압력이 떨어지게 됩니다.

태양의 내부 온도와 압력이 떨어지면, 중력에 의해 압축되는 태양의 외부 층은 내부 층으로 무게를 실어주게 되어 내부 층에서 압력이 증가하게 됩니다. 이는 태양의 중심을 더욱 뜨겁게 만들며, 결과적으로 수소를 핵융합할 수 있는 영역이 더욱 작아지게 됩니다.

이러한 과정은 반복되면서, 태양은 점점 뜨거워지며, 그 결과로 인해 더욱 큰 에너지를 방출하게 됩니다. 이러한 과정에서 태양은 점점 더 크고 밝은 항성인 "거대 항성"으로 변하게 됩니다.

따라서, 태양이 수명이 다하면 거대 항성으로 변하는 것은 태양의 내부에서 일어나는 에너지 생산 과정의 한계로 인한 것입니다.

Answer 3

안녕하세요. 선요섭 과학전문가입니다.

태양은 현재 생명의 주계열 단계에 있으며, 이 기간 동안 핵에서 수소를 헬륨으로 융합하여 에너지를 생성합니다. 이 과정은 약 46억년 동안 진행되어 왔으며 향후 50억년 정도 계속될 것으로 예상됩니다.

태양이 핵의 수소를 소진하면 헬륨을 융합하여 탄소와 산소와 같은 더 무거운 원소로 만들기 시작합니다. 이로 인해 핵이 수축하고 가열되는 반면 태양의 바깥층은 팽창하고 냉각됩니다. 그러면 태양은 오늘날보다 훨씬 더 크고 차가운 별인 적색 거성이 될 것입니다.

태양이 수명을 다해 적색 거성으로 변하는 이유는 중력과 복사압의 균형 때문입니다. 핵이 수축하고 가열됨에 따라 핵융합 반응에 의해 생성된 방사선의 압력이 증가하여 태양의 바깥층이 확장됩니다. 이 팽창으로 인해 태양은 훨씬 더 커지고 더 차가워지며 표면 온도는 오늘날보다 훨씬 낮아질 것입니다.

결국, 태양의 바깥층은 항성풍에 의해 날아가 버리고, 백색 왜성으로 알려진 작고 뜨거운 핵을 남길 것입니다. 이것은 태양과 같은 별의 삶의 마지막 단계입니다.

모든 별이 태양과 같은 경로를 따르는 것은 아니라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 예를 들어 더 무거운 별은 초신성으로 폭발하기 전에 핵에서 철까지 요소를 융합할 수 있습니다. 별이 일생 동안 거치는 특정 경로는 초기 질량 및 기타 요인에 따라 달라집니다.

Answer 4

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

수명이 다되어가는 별은 중심부의 핵까지 반응에 참여하며 부풀기 때문입니다.

핵융합의 원료가 점점 고갈되어가는 별은 별을 쥐어짜는 중력과 폭발하여 팽창하려는 핵융합 에너지의 평형이 깨지게 되고 그로 인해 중심핵이 중력에 의해 급격히 수축하기 시작합니다.

중심핵의 수축으로 인한 압력 상승은 곧 중심핵 전체의 온도 증가를 야기하고, 이로 인해 수소는 충분하지만 중심부보다 상대적으로 온도가 낮아 핵융합이 진행되지 않던 중심핵의 바깥 부분에서도 핵융합이 시작됩니다.

중심핵 바깥 부분에서의 핵융합이 시작되면 항성 전체의 내부 압력은 증가하고, 중력과 핵융합의 에너지 평형 중 중력이 우세했던 상황을 반대로 역전시켜서 폭발적인 핵융합 에너지가 항성의 외피층을 크게 팽창시키게 됩니다.

즉, 이 과정에서 말씀하신 별이 커지게 되는 것이죠.

Answer 5

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

태양은 수소 원소를 핵융합하여 헬륨 원소를 만들어 내는 과정인 핵융합 반응을 통해 에너지를 발생시키는 별입니다. 이러한 핵융합에 필요한 수소 원소는 태양의 중심부에 위치한 핵심 영역에서 이루어지는데, 핵심 영역에서는 수소가 고온, 고압 상태에서 압축되어 있어야 충분한 핵융합 반응이 일어납니다.

태양은 지금 현재 핵심 영역에서 수소 원소를 충분히 핵융합할 수 있는 상태이지만, 수소 원소가 소진되면 냉각되어 수소 원소가 충분히 핵융합되지 않아 더 이상 충분한 에너지를 발생시키지 못하게 됩니다. 이후에는 태양은 중력에 의해 압축되면서 더욱 뜨거워집니다. 이러한 과정에서 핵심 영역의 압력과 온도가 상승하면서, 핵융합 반응은 더욱 적극적으로 일어나고, 이에 따라 태양의 볼륨도 커지게 됩니다.

결국, 태양은 수소 원소의 소진으로 인해 압축되면서 더욱 뜨거워지고, 더욱 적극적인 핵융합 반응이 일어나며, 이로 인해 볼륨이 커지게 됩니다. 이러한 과정은 태양과 같은 중소형 별에서 일어나는 것으로 알려져 있습니다. 그러나, 매우 대량의 물질을 가진 초거대 별에서는 중력에 의한 압축이 더욱 강력해져서 별의 평균 밀도가 높아지고, 이에 따라 크기가 작아지는 것으로 알려져 있습니다.