星の一生

夜空で星座を作る星の一つひとつは恒星（こうせい）と呼ばれます。“恒”は「変わらない」という意味で、恒星は見える場所が星空の中で変わらないのでこう呼ばれています^※1。その代表が私たちの太陽です。夜空にかがやく星のひとつひとつは、どのようにして生まれ、どうなっていくのでしょうか。恒星の一生を見てみましょう。

※1 恒星に対して、星座の中を動いている星が惑星です。“惑”は「まどう」つまり「うろうろする」という意味です。

宇宙空間は何もない真空の世界なのではと思いがちですが、地球上では作り出せないほど真空に近い薄さで（密度の低さで）さまざまな物質がちらばっていて、その物質のほとんどが水素です。そして、宇宙のところどころには「分子雲」と呼ぶやや濃い（密度が高い）部分があり、恒星はここで誕生します。

水素は風船に入れると空に飛んでいってしまうほど、たいへん軽い物質ですが、それでも重さがあるので重力がはたらきます。分子雲の中でも、密度が濃い部分はさらに少し重いので、まわりの物質（水素）を引き寄せます。物質が集まるときの「運動のエネルギー」が熱にかわり一カ所に集まることで、その場所の温度が上がっていきます。

そして数100万年という長い年月をかけて大量の物質が集まると、内部が熱い巨大な水素のかたまりができあがります。これが恒星の「卵」で、原始星と呼びます。原始星にさらに物質が集まって温度が上がり、光を出すようになる（核融合反応が起こる）と一人前の「恒星」が誕生します。

なお、原始星のときにじゅうぶんに物質が集まらないときは、恒星にならずにそのまま冷えて褐色矮星（かっしょくわいせい）という暗い天体になります。

恒星が光を出すようになるのは、中で「核融合反応」が起きるためです。核融合とは、軽い物質が組み合わさってより重い物質をつくる反応のことで、非常に高い温度や圧力（押しつける力）があるところで起きます。そして核融合反応が起きると巨大なエネルギーが発生し、光や熱が出ます。太陽をはじめとしたすべての恒星では、内部で核融合反応が起き続けているのです。

たとえば太陽は重さが１kgの2000兆倍のさらに1000兆倍（地球の重さの33.3万倍）もあり、その大部分が水素です。想像もできないほど大量の水素が重力で引きあって押しあうと、恒星の中心は1000数百万度という高温になります。この高い温度によって、水素からヘリウムが作られる核融合が起き、発生した膨大なエネルギーは、光や熱などとして飛び出していきます。これが太陽をはじめとした恒星が放つ光や熱です。

恒星が光を出しているとき、その内部では２つの力がせめぎ合っています。

ひとつは物質が重力で押しつけあう力で、内向きにはたらいて恒星を縮めようとします。もうひとつは核融合のエネルギーで、物質を外向きに押し返して恒星をふくらませようとする力です。この“縮む力”と“ふくらむ力”とがつり合うことで、恒星は安定して光り続けることができるのです。

多くの恒星はこのつり合いの状態で一生のほとんどを過ごします。およそ46億年前に誕生した私たちの太陽も、現在はこの段階にあります。

水素の核融合でできたヘリウムは、しだいに恒星の中でたまっていきます。さらに時間が経つと、つまり恒星が年をとっていくと、ヘリウムのかたまりはしだいに大きくなっていきます。

赤色巨星になったあと、恒星は一生の最後の段階に入ります。ただしどのような最後になるかは、恒星の重さ、つまり恒星に集まっている物質の量によって変わります。

恒星の重さが太陽の半分以下の場合は赤色巨星にならず、水素の核融合でできたヘリウムだけのかたまりになり、「白色矮星（はくしょくわいせい）」と呼ばれる天体になります。その後は時間とともにしだいに暗くなっていくと考えられています。

太陽の半分から４倍くらいまでの平均的な重さの恒星では、赤色巨星になったあとに中心部の温度が上がり、水素からヘリウムへの核融合にかわってヘリウムが炭素になる核融合が起きます。ヘリウムがなくなると炭素の核融合が、さらに窒素や酸素の核融合が…というように、より重い元素をつくる核融合が起きますが、とちゅうで外側にある物質が核融合しないで宇宙空間に流れ出し、「惑星状星雲」を作ります。

その後、中心に残った物質は小さな「白色矮星」となり、ゆっくりと冷えて暗くなっていきます。

より重い恒星では、一生の最後に大きなドラマが待っています。

太陽の８倍を超える恒星では、酸素をつくる核融合の後にもっと重い物質をつくる核融合がつぎつぎに起こり、最後に鉄をつくる核融合が起きます。核融合が続いている間は“ふくらむ力”がはたらきますが、鉄が増えていくと核融合はとまります。鉄は安定した元素なのでそれ以上の反応が起きないのです。

“ふくらむ力”がなくなると重力の“縮む力”に大きくバランスがかたむき、恒星は押しつぶされ、温度がさらに上がります。そして、中心温度が約100億度を超えると鉄が分解し、恒星全体がいっぺんにつぶれて反動で大爆発を起すのです。これが「超新星爆発」で、それまでの１億倍も明るい光を出す激しい現象です。このとき、発生するけた違いに大きなエネルギーによって鉄よりも重い物質が生まれますが、他の物質といっしょに宇宙空間に飛び散って「超新星残骸」と呼ばれる天体を作ります。

超新星爆発では内向きにも力がはたらいて、恒星の中心部分を極端に小さく押しちぢめ、非常に大きな重力を持つ天体（中性子星＝ちゅうせいしせい）が生まれます。特に太陽の30倍を超えるような重い恒星の超新星爆発が起こると、重力が大きくて光さえも飛び出せない「ブラックホール」ができると考えられています。