ヘルツシュプルング・ラッセル図

ヘルツシュプルング・ラッセル図 (HR図)

ヘルツシュプルング・ラッセル図、通称HR図は、恒星の絶対等級や光度を縦軸、スペクトル型（表面温度）や有効温度を横軸に取り、恒星の特性を示す散布図です。この図は、デンマークの天文学者アイナー・ヘルツシュプルングとアメリカの天文学者ヘンリー・ノリス・ラッセルの独立した研究によって提案されました。

HR図の構造

元のHR図では横軸にスペクトル型がプロットされますが、恒星の温度を一対一で表現するためには、他の定量的な指標を使用することもできます。これにより、恒星の有効温度や色指数を用いたHR図が描かれ、特に色指数を横軸に取る場合は「色等級図」と呼ばれます。

この図を見ると、殆どの恒星は左上角（高温・明るい）から右下角（低温・暗い）に延びる線上に位置しています。これを「主系列」と呼び、主系列上の恒星を「主系列星」として区別します。主系列星は水素の核融合が安定しているため、太陽もこの主系列に属します。

主系列星の分類

主系列の上側には巨星が配置されており、これらの星は同じ表面温度の主系列星よりも明るく、直径が大きいためです。これに対して、主系列の下側にある星は暗い星（主に白色矮星）で、核融合反応が停止していることが多いです。主系列以外の領域には脈動変光星が多く存在し、「不安定帯」と呼ばれています。

恒星の進化とHR図

恒星の進化はHR図上で見ることができ、星雲から誕生した原始星は、核融合が始まる前に重力エネルギーを解放することで輝きます。原始星は暗い位置から左上へ向かう移動を開始し、やがて主系列星へと進化します。

核融合が進行し、中心部での水素が枯渇すると、恒星は膨張し始めます。この過程で表面温度は低下するものの、絶対等級はあまり変わらないため、主系列から外れて右側へ移動します。この際、不安定帯を通過するため、変光星になることもあります。

大質量星は最終的に超新星爆発に見舞われ、小質量星は赤色巨星の段階で外層を吹き飛ばし、白色矮星として残ります。白色矮星は核融合反応を行わないため、冷却し暗くなる一方で、HR図上を右下に移動し続けます。

星団の分析

同時期に誕生した恒星の集団をHR図で描くと、大質量星は早く巨星となり、小質量星は主系列上に留まるため、分布は「く」の字型になります。この傾向から、その星団の誕生時期を推測することが可能です。さらに、ある恒星のスペクトル型を基にHR図を使うことで絶対等級を求め、その見かけの等級との比較から距離を推定することもできます。

このように、ヘルツシュプルング・ラッセル図は恒星の進化と特性を理解するための重要なツールであり、天文学における基本的な概念を理解するうえで欠かせないものです。

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