恒星はどうして誕生するんですか？

質問

お世話になります。

恒星は水素などの気体が集まって誕生するものだと教わってきました。

気体が集まりその中心部が１０００℃に達すると核融合が起こり熱と光を発するようになるらしいのですが、気体は温度が上昇すると膨らむものなので、逆に集まるということが理解できません。

身近なところの例として、太陽だって押せば凹む気体からできていますよね。

たぶん私の考えのどこかに間違いがあるのだと思います。
そのようなわけで恥をかくのを承知してこの質問をさせていただきました。

回答No.5

Ganymede · ベストアンサー

今どきの学校教科書はオールカラーの本も多い。しかし、昔は一部のページだけがカラーで、そこに色鮮やかな図や写真が載っていて印象的だった。このご質問を見て思い出したのが、きれいな色の玉が斜めに連なる図と、「主系列星」という言葉である。今調べてみたら、HR図というそうだ。
ただし、きれいな色ということは可視光である。一方、1980年代以降は電波・赤外線・X線天文学が発達した。可視光では観測しにくい「誕生しつつある星」も観測されるようになったという。「昔の本には詳しく載ってなかったなー」と思い、今回、天文学事典などを読んでみた。
それによると、宇宙の分子雲の中で密度の揺らぎが起こり、いささか濃い部分が発生する（分子雲コアという）。それが「自己重力」によってさらに分子を集め、濃くなっていく。自己重力というのは専門用語で、下記のサイトでは方程式付きで解説されている。

宇宙科学I - 蜂巣泉（東大教養学部宇宙地球科学教室）
http://lyman.c.u-tokyo.ac.jp/~hachisu/lecture/astronomy/astronomy.pdf

もっとも、私にはレベルが高すぎる。とにかく、ご質問者が「気体は」「膨らむ」とおっしゃるのは正しいと思う。集まってくる分子があれば、逃げ去っていく分子もあるのだ。それでも、集まってくる方がわずかに多い（自己重力のおかげ）。最初は自己重力も小さいから、前者と後者の差はわずかで、十万年～一千万年もかかって、ようやく大量のまとまりになる。
そうなると自己重力も強くなり、ついに「動的重力収縮」が始まる。そのとき急速に中心の密度が上昇して、核融合が起こり、「原始星」が誕生する。原始星はさらに数十万年かけて成長し、恒星となる。

お礼

こんにちは。

本を数冊買って読んでみました。ご投稿のように詳しく書いてはありませんでしたが恒星の誕生時にはガスの集まりなんだそうです。

太陽のことも書いてありまして、現在の太陽は原始太陽のときと比べると温度が高くなって、輝きも２０％ほど増えているとのこと。

それでも太陽が膨らまないのは、太陽くらいの大きさの気体の集まりになってしまうと、大きさは温度の影響はほとんど受けずに圧力で決まると書かれていました。

しかし、所詮太陽も気体の集まりなのでこれからもっと温度が高くなると膨らんで巨大化するようです。その結果、回答者様がおっしゃっている主系列星から外れてしまうのだそうです。

皆様に教えていただきながら自分でも自分なりに調べてみたのですが、ものすごく時間がかかって驚いてしまいました。

　　　　どうもありがとうございました。

補足

ありがとうございます。お礼は後ほどさせていただきます。

回答No.4

ORUKA1951

＞身近なところの例として、太陽だって押せば凹む気体からできていますよね。
　まず、ここを間違っている。太陽が気体の水素とは書いてない。
　物質の三態(固体・液体・気体）を覚えてますか。
　どんな物体でも、圧力が高くなると液体や固体になります。

　気体は押さえつけられると、分子間の距離が小さくなり最後には液体や固体の密度まで押しつぶされる。

　水素も質量がありますから当然重力で近づいていきます。それが大量、膨大にあると、気体として存在できる圧力を越えて押しつぶされていく。
　核融合は、それをさらに超えて原子自体もつぶされて・・・
★原子は周囲に電子が一定距離の軌道にあって大きさが保たれています。
　原子核どおしがぶつかる距離まで押しつぶされてしまう。

＞たぶん私の考えのどこかに間違いがあるのだと思います。
　水素だって、常に（互いに独立して飛び回っている）気体として存在しているわけじゃない。液体にも固体にもなるし、それすら押しつぶされれば原子としても存在できなくなり、原子核どおしが衝突しうる。
　水素＝気体　　これが間違い。

　なお私たちの太陽系は、第二世代の恒星です。水素だけから始まった第一世代の恒星が寿命を終えて爆発して、その際に放出された炭素や鉄や鉛、ウランなどの重元素も含むチリが集まってできた太陽系です。

お礼

こんにちは。

本を何冊か買って読んでみました。

＞気体は温度が上昇すると膨らむものなので、逆に集まるということが理解できません。

これは質問文の一部を抜粋したものですが、調べてみたところ理科室の実験では気体は温度が高くなるほど膨らむのですが、太陽では気体の体積はほとんど圧力で決まるようです。

太陽の中心部では核融合で水素がヘリウムになっていて、そのヘリウム自身が収縮して温度が上昇しているそうです。なので太陽の温度が高くなっても大きさは変わらないということでした。

どうもありがとうございました。

補足

ありがとうございます。お礼は後ほどさせていただきます。

回答No.3

noname#225485

ガスが沢山集まるのは集まったガスにより重力が生じるからです。
大きなるほど重力は強くなりより多くのガスを集める。
確かにガスなど気体は密度は低いですが集まればそれだけの質量となります。
中心部は大量に集まったガスの質量により潰れて超高温高圧状態となります。
膨大な自重により圧縮される訳です。
圧力が上がると温度も上がるのです。
これが臨界点と超えると中心部で核融合が起きます。
これが恒星の誕生です。

木星レベルだって恒星にははるかに質量が足りないけど、中心部はやはりそれなりに高圧になっていて水素が金属状態で存在すると考えられてます。
それでも恒星になるための核融合を起こすには足りないですが…。

お礼

こんにちは。

本を何冊か購入して調べてみたのですが、やはりおっしゃるとおりガスが重力で引き寄せられて恒星になるようですね。

ただ、重力によって集められたガスは全部恒星にはならないで余ったガスはガスのまま宇宙空間に漂うことになるようです。つまり、重力で集められたガスは運が良い一部だけが恒星になるとのことでした。

また、私はてっきりガスが重力によって集まって一つの恒星になると思っていたのですが実際には複数の恒星が誕生するとのことでした。

その誕生した複数の恒星は「散開星団」となり、やがてはバラバラに散っていくようです。その例として、M45が挙げられていましたが、そうだとすると太陽も単独で生まれたのではなく兄弟がいるのだそうです。

その太陽の兄弟も何十億年もの時間をかけて離れ離れになって、結局は地球にとっての身近な恒星は我々には太陽だけになってしまったとのこと。

広い夜空を見上げて、太陽の兄弟はいったいどこに行ってしまったのか？。と思うとますます宇宙の神秘に引き込まれていくような気持ちになってしまいそうです。

どうもありがとうございました。

補足

ありがとうございます。お礼は後ほどさせていただきます。

回答No.2

sharpX1

２０１１年６月１６日宝島社発行の「すべてイラストとマンガでわかる！　宇宙論・入門」によりますと、恒星の誕生については「星間分子雲の一部が重力で集まりはじめる」というところから始まって、ゆっくり回転しながら収縮し、その中心部が恒星の母胎となり、収縮が進むと中心に原始星が形成され、さらなる材料の供給を受け、質量を増していく、・・・と話が進むのですが、最初の「重力で集まりはじめる」という部分をつきつめる必要があるのでしょう。
　例えガスであろうとその粒子同士には引力（＝重力？）が働いており、あまり重力が大きくなるとブラックホールにまでなってしまう、ということらしいのですが、そのあたりを理解されれば多分納得されると思います。

お礼

こんにちは。

やっぱり重力がないと水素ガスが集まらないのは分かりました。「すべてイラストとマンガでわかる！　宇宙論・入門」は、読んではいませんが、この質問をしてから違う本を買って読んでいました。はっきり言って私には難しい内容でした。

その本には、恒星は星雲？が重力で集まり始めて密度が次第に大きくなり、恒星の形に近づくにつれ、その中心部の温度が高くなってやがては核融合が始まり恒星となって輝きだすというような内容でした。

しかし、上記のように書いておきながら、「これはウソである。」と書かれていたのです。これはどういう事？と、読み続けると、回答者様がおっしゃるように、重力で集められたガスの全てが恒星になるのではなく、その中の一部だけが恒星になることができるらしいです。

私はてっきり、重力というか引力によって引き寄せられた水素ガスなどが全部集まって恒星になるものと思い込んでいたので、意外に思えました。

ブラックホールの話はものすごく興味があるのですが、９９パーセント私には理解はできないことを知っていますので手を出さないようにしています。とは言え、たまにブラックホールについての記事が目につくとどうしても読んでしまうんですよね。理解はできなくても結構楽しんで読んでいます。

ご回答に感謝いたします。

補足

ありがとうございます。お礼は後ほどさせていただきます。

回答No.1

SPROCKETER

恒星は水素やヘリウムを主成分とする星間ガスが集まって誕生し、中心部の温度が１０００万℃を超えると核融合を起こすと考えられていますが、その成因に関しては完全にはわかっていません。

　暗黒星雲などの濃い分子雲の中では、金属や岩石の塵が大量に存在し、それらが重力で集まって核を構成し、周囲のガスを集めて成長し、恒星になると考えられていますが、褐色矮星、赤色矮星、主系列星、巨星、超巨星など、恒星の大きさや質量は千差万別です。

　同じ質量の恒星でも、太陽のように安定した活動をする恒星もあれば、変光星のように不安定な活動をする恒星もあります。化学成分で種類分けすると、これも千差万別の恒星があります。

　太陽は重元素質量過剰星の一つで、平均よりもやや質量が大きな主系列星ですが、常識が通用しない恒星であるのが最近の系外惑星の探査でわかって来ています。

　従来の惑星形成理論では、ガスと塵の雲が球状から円盤型に自転しながら重力崩壊し、中心のガスが縮んで恒星になり、周辺のガスや塵から惑星が出来ると考えられて来ましたが、一般に木星や土星のような巨大ガス惑星が出来る惑星系では、膠着円盤の質量が大き過ぎて、重力で恒星の自転軸が倒れて横倒しになっている例が多く、太陽系のように太陽の自転軸が７．２５度しか傾いていない恒星は説明出来ないようです。

　木星や土星のような巨大ガス惑星が太陽系と同じぐらいの位置関係にある惑星系が発見されていますが、中心部の恒星が自転していなかったり、従来の惑星形成理論では説明が難しい例が多いようです。

　地球と同じぐらいの岩石質の惑星が地球と同じぐらいの軌道を公転している惑星系も発見されていますが、木星や土星のような巨大ガス惑星が影も形も無いなど、太陽系とは異なる惑星系ばかりです。

　暗黒星雲のような巨大なガスと塵の塊が重力で潰れて恒星が誕生したと考えて良いですが、詳しい事はわかっていないと考えて良いようです。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%81%92%E6%98%9F

お礼

こんにちは。

なるほど恒星が誕生するプロセスは、まだはっきりとは解明できていないということですね。おっしゃるとおり、恒星の大きさは千差万別らしいので、これを人間が今の段階で説明しろと言うこと自体が無理なのかもしれません。

ただ、暗黒星雲などの濃い分子雲の中では、金属や岩石の塵が大量に存在し、それらが重力で集まって核を構成し、周囲のガスを集めて成長し、恒星になると考えられています。と書かれていらっしゃいますが原始の太陽の主成分は水素ガスで構成されていて核融合によって太陽の中心部ではヘリウムが作られているようです。

そのヘリウムは、太陽の中心部で約５％の体積を占めているそうです。５％のヘリウムはヘリウム自身が収縮して１０００万度以上の熱を生み出していて、そのため現在の太陽は原始太陽よりも２０％も多く熱と光を放出しているらしいです。←　これも疑わしいですね。

まあ、それでもこのままでは、太陽の熱と光によって、遠い未来では地球の環境が破壊されていまうのではないかと不安になってしまいます。

質問文では、１０００℃で核融合が始まると書いてしまいました。たった１０００℃で核融合が起こるのかと疑問に思っていたのですが、核融合には１０００万度の温度が必要だと知り、自分の無知さを改めて痛感することができました。

ご回答に感謝いたします。

補足

ありがとうございます。お礼は後ほどさせていただきます。