第22章恒星の青年期から老年期までStars from Adolescence to Old Age

Compare the following stages in the lives of a human being and a star: prenatal, birth, adolescence/adulthood, middle age, old age, and death. What does a star with the mass of our Sun do in each of these stages?

人間と星の一生を、誕生前、誕生、青年期・成人期、中年期、老年期、死の各段階で比べよ。太陽と同じ質量の星は、それぞれの段階で何をしているか。

What is the first event that happens to a star with roughly the mass of our Sun that exhausts the hydrogen in its core and stops the generation of energy by the nuclear fusion of hydrogen to helium? Describe the sequence of events that the star undergoes.

太陽程度の質量の星が中心核の水素を使い切り、水素をヘリウムへ融合してエネルギーを生み出す反応が止まると、最初に何が起こるか。その星に起こる一連の出来事を説明せよ。

Astronomers find that 90% of the stars observed in the sky are on the main sequence of an H–R diagram; why does this make sense? Why are there far fewer stars in the giant and supergiant region?

天文学者によると、空に観測される星の90％はHR図の主系列上にある。なぜこれはもっともな結果なのだろうか。巨星や超巨星の領域にある星が、はるかに少ないのはなぜか。

Describe the evolution of a star with a mass similar to that of the Sun, from the protostar stage to the time it first becomes a red giant. Give the description in words and then sketch the evolution on an H–R diagram.

太陽程度の質量の星が、原始星段階から初めて赤色巨星になるまでの進化を説明せよ。まず言葉で説明し、次にHR図に進化の経路を描け。

Describe the evolution of a star with a mass similar to that of the Sun, from just after it first becomes a red giant to the time it exhausts the last type of fuel its core is capable of fusing.

太陽程度の質量の星について、初めて赤色巨星になった直後から、中心核で融合できる最後の種類の燃料を使い切るまでの進化を説明せよ。

A star is often described as “moving” on an H–R diagram; why is this description used and what is actually happening with the star?

星はHR図上を「移動する」とよく表現される。なぜこの表現を使うのだろうか。星には実際には何が起きているか。

On which edge of the main sequence band on an H–R diagram would the zero-age main sequence be?

HR図上で帯をなす主系列の、どちら側の縁が零歳主系列に当たるか。

How do stars typically “move” through the main sequence band on an H–R diagram? Why?

星は普通、HR図の主系列の帯のなかをどのように「移動」するか。それはなぜか。

Certain stars, like Betelgeuse, have a lower surface temperature than the Sun and yet are more luminous. How do these stars produce so much more energy than the Sun?

ベテルギウスのような星は、太陽より表面温度が低いのに、光度は高くなっている。これらの星は、どうして太陽よりはるかに多くのエネルギーを放つことができるのか。

Gravity always tries to collapse the mass of a star toward its center. What mechanism can oppose this gravitational collapse for a star? During what stages of a star’s life would there be a “balance” between them?

重力は常に、星の物質を中心へ向けて崩壊させようとする。星のなかで、この重力崩壊に対抗できる仕組みは何か。星の一生のどの段階で、両者が「つり合う」のだろうか。

Why are star clusters so useful for astronomers who want to study the evolution of stars?

恒星の進化を調べる天文学者にとって、星団がそれほど役立つのはなぜか。

Would the Sun more likely have been a member of a globular cluster or open cluster in the past?

太陽はかつて、球状星団と散開星団のどちらに属していた可能性が高いだろうか。

Suppose you were handed two H–R diagrams for two different clusters: diagram A has a majority of its stars plotted on the upper left part of the main sequence with the rest of the stars off the main sequence; and diagram B has a majority of its stars plotted on the lower right part of the main sequence with the rest of the stars off the main sequence. Which diagram would be for the older cluster? Why?

異なる二つの星団のHR図を渡されたとする。図Aでは、大半の星が主系列の左上の部分にあり、残りは主系列から外れている。図Bでは、大半の星が主系列の右下の部分にあり、残りは主系列から外れている。どちらが古い星団の図だろうか。それはなぜか。

Referring to the H–R diagrams in Question 14, which diagram would more likely be the H–R diagram for an association?

問題14のHR図を参照せよ。どちらの図が、アソシエーションのHR図である可能性が高いだろうか。

The nuclear process for fusing helium into carbon is often called the “triple-alpha process.” Why is it called as such, and why must it occur at a much higher temperature than the nuclear process for fusing hydrogen into helium?

ヘリウムを炭素へ融合する核反応は、よく「トリプルアルファ反応」と呼ばれる。なぜその名前なのだろうか。また、水素をヘリウムへ融合する核反応より、ずっと高い温度が必要なのはなぜか。

Pictures of various planetary nebulae show a variety of shapes, but astronomers believe a majority of planetary nebulae have the same basic shape. How can this paradox be explained?

惑星状星雲の写真はさまざまな形を示すが、天文学者は、その大半が同じ基本的な形を持つと考えている。この一見した矛盾は、どう説明できるか。

Describe the two “recycling” mechanisms that are associated with stars (one during each star’s life and the other connecting generations of stars).

星に関わる二つの「物質循環」の仕組みを説明せよ。一つは各星の一生の間に起こるもので、もう一つは星の世代をつなぐものである。

In which of these star groups would you mostly likely find the least heavy-element abundance for the stars within them: open clusters, globular clusters, or associations?

散開星団、球状星団、アソシエーションのうち、そこに属する星の重元素の存在量が最も少ないと考えられるのはどれか。

Explain how an H–R diagram of the stars in a cluster can be used to determine the age of the cluster.

星団を構成する星のHR図を使って、星団の年齢をどのように求められるか説明せよ。

Where did the carbon atoms in the trunk of a tree on your college campus come from originally? Where did the neon in the fabled “neon lights of Broadway” come from originally?

大学のキャンパスにある木の幹の炭素原子は、もともとどこから来たのだろうか。よく知られる「ブロードウェイのネオン」のネオンは、もともとどこから来たのだろうか。

What is a planetary nebula? Will we have one around the Sun?

惑星状星雲とは何か。太陽の周囲にも、いずれできるのだろうか。

Is the Sun on the zero-age main sequence? Explain your answer.

太陽は零歳主系列上にあるか。理由を説明せよ。

How are planetary nebulae comparable to a fluorescent light bulb in your classroom?

惑星状星雲と、教室にある蛍光灯は、どのような点で似ているか。

Which of the planets in our solar system have orbits that are smaller than the photospheric radius of Betelgeuse listed in Table 22.2?

太陽系の惑星のうち、軌道の大きさが、表22.2にあるベテルギウスの光球半径より小さいものはどれか。

Would you expect to find an earthlike planet (with a solid surface) around a very low-mass star that formed right at the beginning of a globular cluster’s life? Explain.

球状星団の誕生直後に形成された、非常に低質量の星の周囲に、固体の表面を持つ地球のような惑星が見つかると予想するか。理由を説明せよ。

In the H–R diagrams for some young clusters, stars of both very low and very high luminosity are off to the right of the main sequence, whereas those of intermediate luminosity are on the main sequence. Can you offer an explanation for that? Sketch an H–R diagram for such a cluster.

若い星団のなかには、HR図で光度が非常に低い星も非常に高い星も主系列の右側に外れている一方、中間の光度の星は主系列上にあるものがある。これを説明できるか。そのような星団のHR図を描け。

If the Sun were a member of the cluster NGC 2264, would it be on the main sequence yet? Why or why not?

もし太陽が星団NGC 2264の一員だったら、もう主系列に達しているだろうか。そう考える理由、またはそう考えない理由を説明せよ。

If all the stars in a cluster have nearly the same age, why are clusters useful in studying evolutionary effects (different stages in the lives of stars)?

星団の星がほぼ同じ年齢なら、なぜ星団は、進化による変化、つまり星の一生の異なる段階を研究するのに役立つのだろうか。

Suppose a star cluster were at such a large distance that it appeared as an unresolved spot of light through the telescope. What would you expect the overall color of the spot to be if it were the image of the cluster immediately after it was formed? How would the color differ after 10¹⁰ years? Why?

ある星団が非常に遠く、望遠鏡で見ても個々の星を分離できず、一つの光の点に見えるとする。それが形成直後の星団なら、点全体はどのような色に見えると予想するか。10¹⁰年後には色がどう変わるだろうか。それはなぜか。

Suppose an astronomer known for joking around told you she had found a type-O main-sequence star in our Milky Way Galaxy that contained no elements heavier than helium. Would you believe her? Why?

よく冗談を言うことで知られる天文学者が、天の川銀河で、ヘリウムより重い元素を含まないO型主系列星を見つけたと言ったとする。あなたは信じるか。それはなぜか。

Stars that have masses approximately 0.8 times the mass of the Sun take about 18 billion years to turn into red giants. How does this compare to the current age of the universe? Would you expect to find a globular cluster with a main-sequence turnoff for stars of 0.8 solar mass or less? Why or why not?

質量が太陽のおよそ0.8倍の星は、赤色巨星になるまでに約180億年かかる。これは、現在の宇宙の年齢と比べてどうだろうか。主系列転向点の星の質量が太陽の0.8倍以下であるような球状星団が見つかると予想するか。そう考える理由、またはそう考えない理由を説明せよ。

Automobiles are often used as an analogy to help people better understand how more massive stars have much shorter main-sequence lifetimes compared to less massive stars. Can you explain such an analogy using automobiles?

大質量星の主系列寿命が低質量星よりはるかに短いことを理解しやすくするため、自動車がよくたとえに使われる。自動車を使って、このたとえを説明できるか。