第23章恒星の死The Death of Stars

Whether or not a star will become a white dwarf depends on how much mass is lost in the red-giant and earlier phases of evolution. All stars that have masses below the Chandrasekhar limit when they run out of fuel will become white dwarfs, no matter what mass they were born with. But which stars shed enough mass to reach this limit?

星が白色矮星になるかどうかは、赤色巨星の段階とそれ以前の進化で、どれほどの質量を失うかによって決まる。燃料が尽きたときの質量がチャンドラセカール限界を下回る星は、生まれたときの質量がいくらであっても、すべて白色矮星になる。では、十分に質量を失い、この限界に達するのはどの星だろうか。

One strategy for answering this question is to look in young, open clusters (which were discussed in Star Clusters). The basic idea is to search for young clusters that contain one or more white dwarf stars. Remember that more massive stars go through all stages of their evolution more rapidly than less massive ones. Suppose we find a cluster that has a white dwarf member and also contains stars on the main sequence that have 6 times the mass of the Sun. This means that only those stars with masses greater than 6 M_Sun have had time to exhaust their supply of nuclear energy and complete their evolution to the white dwarf stage. The star that turned into the white dwarf must therefore have had a main-sequence mass of more than 6 M_Sun, since stars with lower masses have not yet had time to use up their stores of nuclear energy. The star that became the white dwarf must, therefore, have gotten rid of at least 4.6 M_Sun so that its mass at the time nuclear energy generation ceased could be less than 1.4 M_Sun.

この問いに答える一つの方法は、若い散開星団を調べることである。散開星団は「星団」で取り上げた。基本的な考え方は、白色矮星を一つ以上含む若い星団を探す、というものだ。質量の大きい星ほど、進化のあらゆる段階を速く通過することを思い出してほしい。白色矮星を含み、さらに太陽の6倍の質量を持つ主系列星もある星団を見つけたとしよう。これは、6 M_Sunを超える質量の星だけが、核エネルギーを使い果たし、白色矮星の段階まで進化する時間を持てたことを意味する。より軽い星には、まだ核エネルギーの蓄えを使い切るだけの時間がなかった。したがって、白色矮星になった星は、主系列にいたときには6 M_Sunを超える質量を持っていたはずである。その星が核エネルギーを作らなくなったときの質量を1.4 M_Sun未満にするには、少なくとも4.6 M_Sunを失っていなければならない。

Astronomers continue to search for suitable clusters to make this test, and the evidence so far suggests that stars with masses up to about 8 M_Sun can shed enough mass to end their lives as white dwarfs. Stars like the Sun will probably lose about 45% of their initial mass and become white dwarfs with masses less than 1.4 M_Sun.

天文学者は、この方法で確かめるのに適した星団を探し続けている。これまでの証拠によると、約8 M_Sunまでの質量を持つ星は、白色矮星として一生を終えられるだけの質量を放出できる。太陽のような星は、おそらく初期質量の約45％を失い、質量が1.4 M_Sun未満の白色矮星になる。

During the course of their evolution, stars shed their outer layers and lose a significant fraction of their initial mass. Stars with masses of 8 M_Sun or less can lose enough mass to become white dwarfs, which have masses less than the Chandrasekhar limit (about 1.4 M_Sun). The pressure exerted by degenerate electrons keeps white dwarfs from contracting to still-smaller diameters. Eventually, white dwarfs cool off to become black dwarfs, stellar remnants made mainly of carbon, oxygen, and neon.

星は進化の途中で外層を放出し、初期質量のかなりの部分を失う。8 M_Sun以下の星は、十分に質量を失って白色矮星になれる。白色矮星の質量は、チャンドラセカール限界〈約1.4 M_Sun〉より小さい。縮退した電子の生む圧力が、白色矮星の直径がさらに小さくなるのを防ぐ。やがて白色矮星は冷え、主に炭素、酸素、ネオンからできた星の残骸、黒色矮星になる。