恒星の質量損失

恒星の質量損失は恒星で観測される現象で、恒星は一生を通じて質量を失います。質量損失は、恒星の質量の大部分を突然放出するきっかけとなるイベントによって引き起こされることがあります。また、恒星が連星系に徐々に物質を奪われたり、強い恒星風によって質量損失が起こることもあります。大質量の恒星は、進化の後の段階で特に質量を失いやすくなります。質量損失の量と速度は、さまざまな要因によって大きく異なります。

恒星の質量損失は、恒星の進化、星間物質の組成、元素合成、さらには星団や銀河内の恒星の個体数の理解において非常に重要な役割を果たします。

すべての恒星は、その生涯である程度質量を失います。これは恒星自身の恒星風、または外部環境との相互作用によって引き起こされる可能性があります。さらに、質量の大きい恒星は特に質量損失の影響を受けやすく、次のようなさまざまな要因の影響を受ける可能性があります。

• 連星の重力による引力
• コロナ質量放出型イベント
• 赤色巨星または赤色超巨星への昇格

これらの原因のいくつかと、そのような現象の結果について以下で説明します。

太陽風は太陽の上層大気から放出されるプラズマの流れです。コロナの高温により、荷電粒子やその他の原子核は太陽の重力から逃れるために必要なエネルギーを得ることができます。太陽は太陽風によって非常に小さな割合で質量を失います。（2–3）× 10 ⁻¹⁴ 太陽質量/年。^[2]

太陽風は太陽の中心部で融合した重元素の核の痕跡を運び、太陽の内部の仕組みを明らかにするとともに、太陽の磁場に関する情報も運んでいます。^[3] 2021年、パーカー・ソーラー・プローブは太陽風プラズマ環境の「音速」と磁気特性を測定しました。 ^[4]

恒星が一対の接近した軌道を回る連星系の一員である場合、質量中心付近のガスの潮汐力によって、一方の恒星からもう一方の恒星へとガスが引き寄せられることがよくあります。この効果は、相手が白色矮星、中性子星、またはブラックホールである場合に特に顕著になります。連星系における質量損失は特に興味深い結果をもたらします。連星系内の二次恒星がロッシュ・ローブから溢れ出ると、主星に質量を失い、両者の進化が大きく変わります。主星が白色矮星の場合、連星系は急速にIa型超新星に発展します。^{[5]同じ連星系の別の代替シナリオは、}激変星または「新星」の形成です。集積する恒星が中性子星またはブラックホールの場合、結果として生じる連星系はX線連星です。

2012年の研究では、大質量星の70％以上が伴星と質量を交換し、3分の1のケースで連星合体が起こることがわかった。^[6]これらの星の進化の軌道は伴星への質量損失により大きく変化するため、恒星進化モデルはこれらの観測結果を再現することに焦点を当てている。^{[7] [8]}

ある種の恒星、特にウォルフ・ライエ星は質量が十分に大きく、進化するにつれて半径が増大します。これにより、恒星の上層部への保持力が弱まり、小さな擾乱によって大量の外層が宇宙に吹き飛ばされるようになります。太陽フレアやコロナ質量放出などの現象は、低質量の恒星（太陽など）の質量損失スケールではほんのわずかなものです。しかし、ウォルフ・ライエ星のような質量の大きい恒星では、同じ現象が恒星物質の宇宙への壊滅的な放出を引き起こします。^[9]

このような恒星は非常に慈悲深く、その生涯の大半を周囲の星間物質に質量を寄付することに費やしている。水素の外殻を剥がされても、恒星は善良なサマリア人であり続け、ヘリウム、炭素、窒素、酸素などのより重い元素を放出し、最も質量の大きい恒星の中には、アルミニウムまでさらに重い元素を放出するものがある。^[10]

赤色巨星段階に入った恒星は、急速な質量損失で有名です。前述のように、上層の重力による保持力が弱まり、中心核でのヘリウムフラッシュの開始などの激しいイベントによって、上層が宇宙空間に放出される可能性があります。赤色巨星の寿命の最終段階では、恒星の外層が失われて惑星状星雲が形成されるため、質量損失も大きくなります。

これらの星雲の構造は、恒星の質量損失の歴史についての洞察を提供します。密度の過剰と不足は、恒星が積極的に質量を失っていた期間を明らかにし、これらの塊の空間での分布は損失の物理的な原因を示唆します。星雲内の均一な球殻は対称的な恒星風を示唆し、非対称性と均一な構造の欠如は、原因として質量放出と恒星フレアを示唆しています。^{[11] [12]}

この現象は、 AGB星を見ると新たなスケールを帯びてきます。ヘルツシュプルング・ラッセル図の漸近巨星枝にある星は、他の星に比べて、進化の後期に最も質量損失を起こしやすい星です。この段階では、超新星爆発に至らない単一の星の質量損失が最も大きくなります。

• 赤色巨星
• 赤色超巨星
• ベテルギウス
• コロナ質量放出
• ヘリウムフラッシュ

不安定性と質量損失を示す赤色超巨星のシミュレーション

大質量星の質量損失に関するレビュー

中間星の質量損失が星間物質に与える影響