冬の夜空をゆっくり見渡してみると、ほとんどの星は白っぽく、あるいは青白く瞬いています。
そんな中に、ひときわ目を引くオレンジ色の星がいくつかあります。おうし座のアルデバラン、さそり座のアンタレス、そしてオリオン座のベテルギウス。どれも夜空の中で存在感のある、明るく赤い星たちです。
これらの星はみんな「赤くて大きい」という共通点を持っています。けれど、天文学的に見ると、これらの星は「赤色巨星」と「赤色超巨星」というまったく異なるグループに分かれています。
名前はよく似ていますが、その違いを決めるのは「生まれたときの質量」です。質量が違えば、大きさも寿命も、そして最期の姿までも変わってしまいます。
なぜ「巨星」は赤く見えるのか？
まず、夜空に「赤い星」が存在する理由から確認しましょう。
星の色は、表面温度によって決まります。温度が高いほど青白く、低いほど赤くなります。これはガスバーナーの炎と同じで、最も温度が高い部分は青白く、温度が下がると赤くなります。
赤い星が赤く見えるのは、表面温度が下がっているからです。では、なぜ表面温度が下がるのか。それは、星が大きく膨らんでいるためです。
星の中心部では、「核融合」という反応によってエネルギーが作り出されています。核融合とは、軽い原子どうしがくっついて重い原子に変わる反応のことで、このときに莫大なエネルギーが生まれます。このエネルギーが外側に向かう圧力となり、星を内側に引きつける重力と釣り合うことで、星は一定の大きさを保っています。
ところが、燃料となる水素を使い果たしてくると、このバランスが崩れ始めます。中心部が収縮し、その熱が外側のガスを大きく押し広げる。こうして星は風船のように膨らみ、表面が引き伸ばされて温度が下がり、赤く見えるようになるのです。
このような状態にある星を、まとめて「巨星」あるいは「超巨星」と呼びます。では、この二つは何が違うのでしょうか。
運命を分けるもの：生まれたときの質量
赤色巨星と赤色超巨星の違いは、ひとことで言えば「生まれたときの質量（重さ）の違い」です。
- 太陽の0.5〜8倍程度の質量で生まれた星 → 最終的に赤色巨星になる
- 太陽の10倍以上の質量で生まれた星 → 最終的に赤色超巨星になる
質量が大きいほど、星の中心部の温度と圧力が高くなります。つまり核融合がより激しく進み、エネルギーを大量に消費します。重い星ほど「太く短い」一生を送り、膨張の規模も激しくなる。それが超巨星と巨星の差を生み出します。
赤色巨星：比較的軽い星の「老後」
アルデバランや、アークトゥルスが代表例として挙げられます。そして私たちの太陽も、50億年後には赤色巨星になります。
赤色巨星の大きさは、太陽の10〜200倍程度。もし太陽の位置にアルデバランを置いたとしたら、地球はほぼその内側に収まってしまうほどのサイズです。
赤色巨星は、中心部の水素が尽きたあと、その外側にある水素の層で核融合が続いています。これを「殻核融合」と呼びます。中心の不活性なヘリウムのかたまりがゆっくりと縮む一方で、外層のガスが静かに広がっていくという構造です。
この状態は数億年単位で続きます。星の一生としては、落ち着いた最終段階と言えます。
赤色超巨星：重い星の、激しい終盤
ベテルギウスやアンタレスがこちらに分類されます。
赤色超巨星の大きさは、太陽の100〜1000倍以上。ベテルギウスを太陽の位置に置いたとしたら、木星の軌道あたりまでを飲み込む大きさになります。
ただし、大きさだけが違うわけではありません。赤色超巨星は内部構造が赤色巨星よりもはるかに複雑です。水素が尽きたあとも、ヘリウム、炭素、ネオン、酸素、シリコンと、次々に重い元素を核融合で燃やし続けます。それぞれの段階が「玉ねぎの層」のように重なり、中心に向かうほど重い元素が燃えている構造になっています。
最終的に中心に「鉄」のかたまりができると、核融合はそれ以上進めなくなります。鉄は核融合によってエネルギーを生み出せない元素だからです。
ここで星は自分の重さを支えるエネルギー源を失い、次の段階へと向かうことになります。
赤色巨星と赤色超巨星の最期の違い
この二種類の星は、最終的にたどり着く場所も違います。
赤色巨星の場合は、膨らんだ外層のガスが少しずつ宇宙空間に放出され、中心部に高密度の「白色矮星」が残ります。放出されたガスは周囲に広がり、中心の白色矮星の光に照らされて「惑星状星雲」と呼ばれる美しい構造を形作ります。
赤色超巨星の場合は、中心部に鉄のかたまりが蓄積した瞬間、重力を支えきれなくなり、中心に向かって急速に崩壊します。この崩壊の反動で「超新星爆発」が起きます。一瞬で銀河全体に匹敵するほどの明るさで輝き、外層のガスを宇宙空間に一気に撒き散らします。爆発後には、「中性子星」やブラックホールが残ります。
夜空に見える赤い星を確認してみよう
冬の夜空のベテルギウスと、アルデバランを見比べてみてください。どちらもオレンジ色に輝いていますが、その内側で起きていることはまったく異なります。
アルデバランは太陽の44倍ほどの大きさで、外層をゆっくりと広げながら最期に向かっています。やがて、中心部が白色矮星として残り、惑星状星雲を形作るでしょう。
ベテルギウスは太陽の700倍前後の大きさを持つ赤色超巨星で、内部では複数の元素が層状に燃え続けています。いつか超新星爆発を起こすことは確実ですが、それが1000年後なのか、10万年後なのかは現時点では分かっていません。
ふたつの赤い星が並んで見える夜空は、同じ「赤」でありながら、まったく異なる構造の星を同時に見ている瞬間です。星の色だけでなく、その内側で動いている仕組みを想像しながら眺めると、夜空の見え方が少し変わるかもしれません。
参考文献
