F형 주계열성
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1. 개요
F형 주계열성은 분광형 F에 속하는 주계열성으로, 태양보다 더 뜨겁고 밝다. F형 주계열성은 수소 핵융합을 통해 에너지를 생성하며, 질량, 반경, 광도, 유효 온도 등에서 특정 특성을 보인다. 이러한 별들은 수명이 G형 별과 유사하며, 수소 고갈 후 적색 거성을 거쳐 백색 왜성으로 진화한다. F형 항성 주변의 행성에서는 생명체 거주 가능성이 존재할 수 있지만, 강한 자외선 복사로 인해 생명체 생존에 제약이 있을 수 있다. 지구에서 40광년 이내에는 여러 F형 주계열성이 존재하며, 100광년 이내에는 300개 이상이 분포한다.
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- 주계열성 - G형 주계열성
G형 주계열성은 수소를 헬륨으로 핵융합하는 주계열성으로 약 100억 년의 수명을 가지며 적색 거성을 거쳐 백색 왜성으로 진화하고, 생명체 진화에 필요한 조건과 외계 행성계를 가질 가능성으로 외계 행성 탐색의 주요 대상이 되는 별이다. - 주계열성 - O형 주계열성
O형 주계열성은 매우 뜨겁고 밝은 별로, 질량이 크고, 수명이 짧으며, 광도가 태양의 수만 배에 달하고, 매우 드물게 관측된다. - 항성의 형태 - 중성자별
중성자별은 초신성 폭발 후 남은 태양 질량의 1.4배에서 3배 정도 되는 질량을 가진 고밀도 천체로, 주로 중성자로 이루어져 있으며 빠른 자전과 강력한 자기장을 가진 펄서, 마그네타 등 다양한 유형이 존재하고, 쌍성 중성자별의 합병은 중력파와 감마선 폭발을 발생시키며 철보다 무거운 원소 생성에 기여하는 것으로 알려져 있다. - 항성의 형태 - 변광성
변광성은 밝기가 주기적으로 변하는 별을 의미하며, 내재적 변광성과 외재적 변광성으로 분류되고, 광도곡선을 통해 분석하며, 우주 거리 측정에도 활용된다. - F형 주계열성 - 폴라리스
폴라리스는 작은곰자리의 알파별이자 지구 자전축과 거의 일직선상에 있어 밤하늘에서 거의 움직이지 않는 북극성이며, 황백색 초거성인 폴라리스 A와 두 개의 동반 천체를 거느린 항성계의 가장 밝은 별로, 항해의 지표로 사용되어 왔다. - F형 주계열성 - 프로키온
프로키온은 작은개자리에 있는 밝은 쌍성계로, F형 주계열성 단계를 거의 마친 주성 프로키온 A와 백색 왜성인 프로키온 B로 이루어져 밤하늘에서 여덟 번째로 밝게 보이며 여러 문화권에서 숭배받고 과학적으로 연구되는 별이다.
| F형 주계열성 | |
|---|---|
| 특징 | |
| 분광형 | F형 주계열성 |
| 질량 | 1.0에서 1.4 M☉ |
| 반지름 | 1.15에서 1.4 R☉ |
| 표면 온도 | 6,000–7,600 K |
| 색깔 | 흰색-노란색 |
| 설명 | |
| 설명 | F형 주계열성은 분광형 F와 광도 분류 V를 갖는 주계열성이다. 이러한 별들은 수소를 핵융합하여 핵에서 헬륨을 생성한다. |
| 질량 | F형 주계열성은 태양 질량의 약 1.0에서 1.4배의 질량을 갖는다. |
| 표면 온도 | F형 주계열성은 표면 온도가 6,000~7,600 K이며, 이로 인해 흰색-노란색을 띤다. |
| 스펙트럼 선 | F형 별의 스펙트럼은 칼슘의 H & K 선이 강하고 중성 금속 (철) 스펙트럼 선이 약하다. |
| 예시 | 처녀자리 감마 A 큰곰자리 세타 안드로메다자리 웁실론 A 목동자리 타우 HD 209458 케플러-186f HR 5110 HD 76151 HD 139751 HD 142860 HD 219944 KIC 8462852 |
2. 분광표준별
해럴드 레스터 존슨과 윌리엄 윌슨 모건이 1953년에 개정한 여키스 도감 체계[22]에서는 F형 주계열성의 분광표준별을 다수 선정하였으나, 이들 모두가 현재까지 표준별로 남아있는 것은 아니다. F9 V는 모건이 분류한 뜨거운 항성과 키넌이 분류한 차가운 항성 사이 경계였기에, F형과 G형의 경계선을 어느 별로 정할지에 대해 논문간 일치하지 않는 부분이 있다. 카시오페이아자리 에타는 표준별에서 제외하는 것이 바람직해 보이는데, 그 이유는 이 별이 키넌의 논문에서는 F9 V 기준별로 자주 취급되나 모건의 논문에서는 G0 V 기준별로 언급되기 때문이다.[25]
2. 1. 주요 분광표준별
해럴드 레스터 존슨과 윌리엄 윌슨 모건이 1953년에 개정한 여키스 도감 체계[22]에서는 F형 주계열성의 분광표준별을 다수 선정하였다. 그러나 이 별들 모두가 지금까지 표준별로 인정받고 있는 것은 아니다. MK 분광형 분류 체계의 '기준점 별'들은 세월이 지나도 바뀌지 않아 분광체계를 정의하는 데 사용되고 있으며 구체적으로 다음과 같다.- F2 V: 큰곰자리 78
- F6 V: 오리온자리 파이3[23]
1973년 모건·키넌은 위 기준점 별 둘에 더하여 다음 기준별들을 추가했다.[24]
- F3 V: HR 1279
- F5 V: HD 27524
- F8 V: HD 27808
- F9 V: HD 27383, 처녀자리 베타
기타 중요한 MK 기준별들은 다음과 같다.
위 목록 중 HD 이름이 거의 비슷한 히아데스 성단 구성원 둘(HD 27524, HD 27534)은 확고한 F5 V 표준별로, 두 별의 광도와 색은 거의 같다.
1989년 그레이·개리슨[26]은 '뜨거운' F형 항성의 현대판 표준별 목록을 만들었다. F1, F7형 표준별들은 몇 개 선정되지 않았으나 이후 분광분류 전문가들이 약간 수정하였다. 자주 쓰이는 표준별은 다음과 같다.
- F1 V: 큰곰자리 37
- F7 V: 물고기자리 요타
F4 V 분광형에 해당되는 표준별은 아직 합의된 바 없다.
F9 V는 모건이 분류한 뜨거운 항성과 키넌이 분류한 차가운 항성 사이 경계였기에, F형과 G형의 경계선을 어느 별로 정할지에 대해 논문간 일치하지 않는 부분이 있다. 1973년 모건·키넌은[24] F9 V 기준별로 처녀자리 베타, HD 27383을 선정했으나 1989년 키넌·맥닐은[27] F9 V 기준별로 HD 10647을 지정했다. 카시오페이아자리 에타는 표준별에서 제외하는 것이 바람직해 보이는데 그 이유는 이 별은 키넌의 논문에서는 F9 V 기준별로 자주 취급되나[27] 모건의 논문에서는 G0 V 기준별로 언급되기 때문이다.[25]
2. 2. F형 주계열성의 특성 (표)
| 분광형 | 질량 () | 반경 () | 광도 () | 유효 온도 (K) | 색 지수 (B-V) |
|---|---|---|---|---|---|
| F0V | 1.61 | 1.728 | 7.24 | 7,220 | 0.30 |
| F1V | 1.50 | 1.679 | 6.17 | 7,020 | 0.33 |
| F2V | 1.46 | 1.622 | 5.13 | 6,820 | 0.37 |
| F3V | 1.44 | 1.578 | 4.68 | 6,750 | 0.39 |
| F4V | 1.38 | 1.533 | 4.17 | 6,670 | 0.41 |
| F5V | 1.33 | 1.473 | 3.63 | 6,550 | 0.44 |
| F6V | 1.25 | 1.359 | 2.69 | 6,350 | 0.49 |
| F7V | 1.21 | 1.324 | 2.45 | 6,280 | 0.50 |
| F8V | 1.18 | 1.221 | 1.95 | 6,180 | 0.53 |
| F9V | 1.13 | 1.167 | 1.66 | 6,050 | 0.56 |
F형 별은 G형 별과 비슷한 수명 주기를 갖는다. 이들은 수소 핵융합을 하며, 수소 공급이 고갈되면 수소 대신 헬륨을 융합하는 적색 거성으로 성장한다. 헬륨마저 고갈되면 탄소 핵융합을 시작한다. 이마저 고갈되면 바깥층을 버리고 행성상 성운을 생성하며, 성운 중심에는 뜨거운 백색 왜성을 남긴다. 이러한 별들은 약 20억~40억 년 동안 안정적으로 유지된다. 이에 비해 태양과 같은 G형 별은 약 100억 년 동안 안정적으로 유지된다.[13]
지구에서 가까운 F형 주계열성 중 행성을 거느리는 대표적인 별들로는 안드로메다자리 웁실론, 목동자리 타우, HD 10647, HD 33564, HD 142, HD 60532, KOI-3010 등이 있다.
F형 주계열성은 G형 항성에 비해 더 강렬한 빛을 방출하고 수명이 짧아 생명체 발생 가능성을 제약한다는 특징을 갖는다.[28][14]
3. 생애 주기
4. 행성계
5. 거주 가능성
5. 1. 생명체 거주 가능 영역
일부 연구에 따르면 F형 항성을 도는 행성에서도 생명체가 자라날 가능성이 있다고 한다.[28] 상대적으로 뜨거운 F0형 별의 생명체 거주가능 영역은 대략 항성으로부터 ~3.7AU 범위에서 형성되며, 차가운 F8형 별 주위에서는 1.1AU~2.2AU가 생명체가 살 수 있는 범위가 된다.[28] 그러나 G형 별에 비하면 이런 부류의 항성은 수명이 짧고 보다 강렬한 빛을 발산하기 때문에 생명체가 발생할 가능성을 제약하게 된다.[28]
F형 항성은 태양보다 훨씬 높은 수준의 에너지를 방출하는데, 만약 DNA 분자가 이런 항성의 자외선 복사에 장기간 노출될 경우 부정적인 영향을 크게 받을 수 있다.[28] 연구에 따르면 어떤 가상 행성이 F형 항성으로부터 태양~지구 거리만큼 떨어져 있고 대기 조성이 지구와 유사하다면, 행성 표면에 사는 생물이 자외선으로 입는 피해량은 대략 지구의 최소 2.5배에서 최대 7.1배가 될 것이라 한다.[28] 따라서 행성에 서식하는 생명체가 살아남으려면 행성 대기 상층부에 있는 오존층이 방패 역할을 해 줘야 한다.[28] 두터운 오존층이 없을 경우 이론상 행성 표면에서 생명이 자라날 수는 있지만, 서식 범위는 물 속이나 지표면 밑으로 한정될 것이다.[28]
5. 2. 자외선 복사
F형 항성은 태양보다 훨씬 높은 수준의 에너지를 방출하는데, 만약 DNA 분자가 이런 항성의 자외선 복사에 장기간 노출될 경우 부정적인 영향을 크게 받을 수 있다.[28][14] 한 연구에 따르면 어떤 가상 행성이 F형 항성으로부터 태양~지구 거리만큼 떨어져 있고 대기 조성이 지구와 유사하다면, 행성 표면에 사는 생물이 자외선으로 입는 피해량은 지구의 최소 2.5배에서 최대 7.1배가 될 것이라고 한다.[28][15] 따라서 행성에 서식하는 생명체가 살아남으려면 행성 대기 상층부에 있는 오존층이 방패 역할을 해 줘야 한다.[28][14] 두터운 오존층이 없을 경우 이론상 행성 표면에서 생명이 자라날 수는 있지만, 서식 범위는 물 속이나 지표면 밑으로 한정될 것이다.[28][14]
5. 3. 대기 조성
일부 연구에 따르면 F형 항성을 도는 행성에서도 생명체가 자라날 가능성이 있다고 한다.[28][14] F형 항성은 UV 방사와 같이 훨씬 더 높은 에너지 형태의 빛을 방출하는데, 이는 장기적으로 DNA 분자에 심각한 부정적인 영향을 미칠 수 있다.[28][14]
지구가 태양으로부터의 거리와 유사하게 F형 항성으로부터 동등한 생물 가능한 거리에 위치한 가상 행성이 있고, 비슷한 대기를 가지고 있다면, 표면의 생명체는 지구에서보다 약 2.5~7.1배 더 많은 UV 빛 피해를 받을 것이라는 연구 결과가 있다.[28][15] 따라서, 모성 생명체가 생존하기 위해서는 가상 행성은 더 빽빽한 오존층과 같은 충분한 대기 차폐가 필요할 것이다.[28][14] 튼튼한 오존층이 없다면 이론적으로는 행성 표면에서 생명이 발생할 수 있지만, 수중 또는 지하 지역에 국한되거나 어떤 방식으로든 외부 덮개(예: 껍질)에 적응해야 할 것이다.[28][14][16]
6. 지구 근처 F형 주계열성 목록
다음 목록은 지구에서 40광년 이내에 있는 F형 주계열성들이다. 지구로부터 100광년 이내에는 300여 개에 육박하는 F형 주계열성들이 존재한다.
| 이름 | 바이어 기호 | 분광형 | 질량(태양=1) | 거리(광년) | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|
| 프로키온 A | 작은개자리 알파 | F5 IV-V | 1.5 | 11.4 | 준거성? |
| 타비트 | 오리온자리 피3 | F6 V | 1.3 | 26.2 | |
| 용자리 키 A | F7 V | 1.03 | 26.3 | ||
| 알룰라 오스트랄리스 Aa | 큰곰자리 크시 | F8.5-G0 Ve | 1.05 | 27.3 | |
| 큰부리새자리 제타 | F8-G0 V | 0.99 | 28.0 | ||
| 토끼자리 감마 A | F6-7 V | 1.2 | 29.3 | ||
| 머리털자리 베타 | F9.5-G0 V | 1.05 | 29.9 | ||
| 공작자리 감마 | F6-8 V | 1.21 | 30.1 | ||
| 자비야바 Aa | 처녀자리 베타 A | F8-A5 IV-V | 1.25 | 35.6 | 준거성? |
| 뱀자리 감마 A? | F6 V | 1.? | 36.3 | ||
| 페르세우스자리 세타 A | F7 V | 1.? | 36.6 | ||
| 황새치자리 제타 | F7-8 V | 1.? | 38.0 | ||
| 페르세우스자리 이오타 A | F5 V | 1.? | 38.4 | ||
| 포리마 A | 처녀자리 감마 A | F0 V | 1.5~ | 38.6 | |
| 포리마 B | 처녀자리 감마 B | F0 V | 1.5~? | 38.6 | |
| 남쪽삼각형자리 제타 A | F9-G0 V | 1.? | 39.5 |
출처: 100 light-years within F-type stars (Solstation)영어
F형 주계열성 중 태양계에 매우 가까운 일부는 외계 행성을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어 안드로메다자리 웁실론별, 목동자리 타우별, HD 10647|HD 10647영어, HD 33564, HD 142, HD 60532|HD 60532영어, KOI-3010 등이 있다.
참조
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白色矮星 (white dwarf) とは異なる。
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この論文では従来の標準星と改定された新しい標準星を区別するため、後者に "†" (ダガー) を付けており、これを "dagger standards" と呼んでいる。
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