블루 루프

1. 개요

블루 루프는 항성의 진화 과정 중 표면 온도가 일시적으로 상승하여 푸른색으로 변하는 현상을 의미한다. 적색거성, 점근거성가지, 적색 초거성 단계에서 발생하며, 항성의 질량, 핵의 헬륨 연소, 열 펄스, 질량 손실 등의 요인에 의해 나타난다. 블루 루프는 불안정대를 거치면서 변광성으로 진화하기도 한다.

2. 적색거성

적색거성가지(RGB)에 있는 별들은 대부분 비활성 헬륨 핵을 가지고 있으며, 헬륨 섬광 이후 수평가지로 이동한다. 그러나 2.3M_⊙ 이상의 별들은 비활성 핵을 가지지 않고, 적색거성가지 상단에 이르기 전에 헬륨을 점화하여 온도가 상승한다. 질량이 클수록 이 과정에서 더 뜨거워지며, 약 5M_⊙]보다 무거운 항성은 대개 블루 루프를 겪는다. 이 과정은 수백만 년 정도 지속되며, 별의 일생에서 한 번만 발생한다.

2.1. 질량이 큰 적색거성

적색거성가지(RGB)에 있는 항성 대부분은 비활성 헬륨 핵을 지니며 헬륨 섬광이 일어난 후에 수평가지로 이동한다. 그러나 약 2.3M_⊙ 이상의 항성은 비활성 핵을 가지지 않는다. 이들은 적색거성가지 상단에 이르기 전에 매끄럽게 핵의 헬륨을 점화하여 태우면서 온도가 상승한다. 약 5M_⊙ 이상으로 질량이 큰 항성부터는 대개 블루 루프를 겪는 것으로 취급한다. 블루 루프의 지속 시간은 수백만 년 정도이며, 이 유형의 블루 루프는 별의 일생에서 딱 한 번 발생한다.

3. 점근거성가지

점근거성가지(AGB) 별은 대부분 탄소와 산소로 이루어진 비활성 핵을 가지고 있으며, 핵 주위의 동심원 껍질에서 수소와 헬륨이 교대로 핵융합을 한다. 헬륨 껍질 연소가 시작되면 열 펄스가 발생하는데, 경우에 따라 별의 온도가 일시적으로 상승하여 블루 루프가 발생하기도 한다.

3.1. 열맥동과 블루 루프

점근거성가지(AGB) 항성은 비활성화된 커다란 탄소·산소 핵을 가지며, 핵을 감싸는 동심원 껍질에서 수소와 헬륨을 연소한다. 헬륨 껍질 연소가 시작되면 열맥동이 발생하는데, 일부 경우 별의 표면 온도가 증가하면서 블루 루프가 일어난다. 껍질이 연달아 연소 개시와 중단을 반복하면서 여러 차례의 열맥동과 블루 루프가 일어날 수 있다.

4. 적색 초거성

적색 초거성은 주계열에서 벗어나 크게 팽창하고 냉각된 거대한 별이다. 높은 광도와 낮은 표면 중력 때문에 질량을 빠르게 잃는다. 가장 밝은 적색 초거성은 질량을 빠르게 잃어 더 뜨겁고 작아지며, 질량이 매우 큰 별은 적색 초거성 단계를 영구적으로 벗어나 청색 초거성이 되기도 한다. 하지만 어떤 경우에는 블루 루프를 통해 다시 적색 초거성으로 돌아오기도 한다. 큰개자리 VY는 이러한 과정을 거치는 별의 후보 중 하나이다.

4.1. 질량 손실과 진화

적색 초거성은 주계열에서 벗어나 크게 부풀고 차가워진 대질량성이다. 광도가 크고 표면중력이 작기 때문에 급격하게 질량을 잃고 있다. 매우 밝은 적색 초거성은 질량을 빠르게 잃어 표면 온도가 높아지고 크기가 작아진다. 매우 무거운 항성은 이를 통해 적색 초거성에서 청색 초거성으로 영구히 진화하기도 하지만, 어떤 경우에는 블루 루프가 일어나면서 적색 초거성으로 되돌아오기도 한다.

5. 불안정대

항성은 H-R도 상 주계열 위의 황색 영역에서 블루 루프를 시작하며, 이들 중 상당수는 불안정대를 지나간다. 불안정대에 있는 항성의 외피층은 불안정하여 맥동한다.

5.1. 불안정대와 변광성

항성은 H-R도 상 주계열 위의 황색 영역에서 블루 루프를 시작하는데, 이들 상당수가 불안정대 영역에 걸쳐있다. 이 영역에 있는 별들의 외피층은 불안정하여 맥동한다. 점근거성가지의 블루 루프 과정에서 불안정대를 통과하는 별들은 처녀자리 W형 변광성이 된다. 이보다 질량이 큰 항성이 적색거성가지의 블루 루프에서 불안정대를 지날 경우, 케페우스자리 델타형 변광성이 나타난다. 두 유형의 항성 모두 그 단계에서 밝고 불안정한 광구를 지니며 종종 초거성 스펙트럼이 나타나기도 하지만, 대다수는 탄소를 연소하거나 초신성에 이를 정도로 무겁지는 않다.