외계행성과 생명 Extraterrestrial Planets and Life 년 1 학기 교수 : 이 상 각 25-1 동, 413 호 : 조교 : 신영우 25-1 동, 409 호 :

외계행성과 생명 강의 5(3/20) 지난 시간 강의 요약 회전분자운에서 항성의 탄생 강의 요약

핵 갯수밀도 (Ni/H) 질량 비 H D (1.6*10 -5 ) (2.5*10 -5 ) 3 He (1.8*10 -5 ) (4.2*10 -5 ) 4 He (7.5*10 -2 ) Li (70* ) 300* Li 900* * 백뱅 핵합성

행성계 생성 항성에서 무거운 원소 생성 지구형 행성 목성형 행성 생명체 대 폭발

제 1 세대 별의 핵융합 반응 중심핵 온도 T > 천만도 K – 입자간에 강렬한 충동 : – 원자들은 전자를 잃은 이온상태 (ionized) – 원자핵들의 핵 융합 반응 양성자 - 양성자 연쇄반응 4 protons helium (2p,2n) nucleus + energy Fusion: light nuclei combine heavier nuclei

적색 거성 이후 핵반응 중심핵 온도 > 10 8 도 3 4 He  12 C +  12 C = 6p +6n) 4 He + 4 He -> 8 Be ( 8 Be = 4p +4n) 4 He + 8 Be -> 12 C +   이  반응에서는  8 Be 이 unstable 하여 2 개 의 4 He 보다 높은 에너지를 갖으므로 decay 하기 전에 밀도가 높아 세 번째 4 He 핵과 충돌이 있어야 한다.

이 후 핵반 4 He + 12 C -> 16 O ( 16 O= 8p + 8n) 별이 더 진화하여 중심핵 온도와 밀도가 더 높 아지면 16 O + 16 O -> 32 S ( S=sulfur) 16 O + 16 O -> 31 P + p (P=phosphorus) 16 O + 16 O -> 28 Si + 4 He (Si=silicon) 결국 핵 포턴셜 에너지가 낮은 Fe 까지 합성된 후 별의 중심핵 붕괴로 폭발 ( 초신성 폭발 )  무거운 원소들의 방출

제 2 세대 항성 제 1 세대 항성에서 생성 된 C, O 를 매개로 CNO cycle 에 의한 핵합 성 이 과정에서 우주에 있 는 대부분의 질소 생성. 제 2 세대 항성의 폭발로 우주에 C, N, O 가 존재 하게 되어 항성과 행성 이 생성되는 분자운에 C, N, O 존재 Cas A SN 폭발 – 챤드라 관 측 ; Si, Fe, Ca 을 방출

제 2 세대의 항성 폭발 생명에 필요한 기초 원소 C, N, O 는 적어도 제 2 세대 항성 폭발 이후 우 주에 존재 지구상 생명체와 같은 생 명체는 적어도 제 2 세대 항성 폭발 이후 발생 외부은하에 초신성 폭발

그 후 세대 별들 제 1, 2 세대 별들이 새로이 만들어낸 원소들 이 우주에 퍼짐 질소를 갖는 태양 같은 항성은 적어도 제 3 세대 이후의 항성. 첫 세대 항성이 많이 생성되었던 지역이 주 로 은하 중심  중심에 무거운 원소가 많은 것을 설명 (Seen in ours and other galaxies.) 핵 합성은 강한 핵력과 관련

성간 물질에서 분자 관측 1968 이 후 ( 전파 ) 수소 분자 : 가장 많으나 관측이 어렵다 Carbon monoxide (CO) : 수소 다음으로 가장 흔함 Water (H 2 O) Ammonia (NH 3 ) Formaldehyde (H 2 CO) Glycine (NH 2 CH 2 COOH) Ethyl alcohol (CH 3 CH 2 OH): 은하 중심에 목성 만큼 존재 Acetic Acid (CH 3 COOH Urea [(NH 2 ) 2 CO] 탄소 chain 에 의한 시아노폴린스 분자들 HCN, HC 3 N, … HC 11 N ( 모두 삼중 결합 ) 가장 복잡한 성간 분자  13 개 원자에 의한 분자  더 복잡한 분자의 존재 가능성  성간 분자도 탄소 dominance  지구상 화학 진화의 실마리 제공

먼지 입자  m 보다 작은 입자로 크기의 범위는 매우 넓다. 분자 생성과 분자를 UV 로 부터 보호하는 중요한 역할 별의 진화에 늙은 상태때 물질이 밖으로 방출되는 과정에서 생성 별의 진화에 따라 Silicates(silicon 과 산소 minerals), sometimes ice-coated 주로 탄소로 된 PAH 의 더 큰 구조 : 석연 (graphite) Soot, molecules Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) Dust particle (interplanetary)

분자운 93% 분자 수소, 6% 헬륨원자 1% 무거운 원소 – 분자, 먼지 CO 관측 => 분자운의 온도 ~10 도 K H 2 CO, HCN, CS => 분자운의 밀도 분자운 밀도 > 10 2 cm -3 ( 성간 ~ 1 cm -3, 공기 cm - 3, 물 cm -3, 태양 cm -3 ) 크기 : 1 광년 – 300 광년 질량 : 1m o – 10 6 m o ( 별의 질량 0.1 – 100 m o )

분자운 성간 분자운의 구조와 분포 – 압력이 평형 P = nRT T [K]n(H) [cm -3 ] Cold Core8040 Warm Neutral Layer Warm Ionized Layer10 4 성간운의 바깥쪽 성간 분자 (in Cold Core) – 분자의 진동과 회전 운동이 방출 선을 낸다. 적외선과 전파로 관측한다. – 여러가지 종류의 분자가 존재한다. H 2,CO, NH 3, H 2 O, H 2 CO, HCN 분자의 생성과 해리

. 성간 물질 성간 물질 : ( 별 총질량의 5%) – 기체 (gas) 성간 물질의 99% 평균 밀도 = 수소하나 / cm^3 – 성간 티끌 (dust) 성간 물질의 1% 티끌 밀도 = 수백 - 수천 /km^3 티끌의 크기 = 0.1  m 성간운의 종류 – 발광 성운 (by gas in HII) – 반사 성운 (by dust) – 암흑 성운 (by dust) 암흑 성간운 ( 발광, 반사, 암흑 성간운 )

먼지, 티끌 먼지, 티끌 티끌의 크기 – 빛의 파장과의 관계로 추정한다. –D = 0.01 – 0.1  m 티끌의 형성 – 적색 거성에서 방출된 물질이 식으면서 응결. 우주 티끌의 구조 – 핵 규산염의 암석 물질, 흑연, 철성분 – 포피 물, 메탄, 암모니아 등의 얼음

항성 생성 저온 고밀도 성간 분자운에서 항성 탄생 저온가스 먼지 알갱이 항성 생성이 분자운의 요동 다른 분자운과의 충돌 근처의 초신성 폭발 근처 고온항성풍 은하에 의한 교란 등으로 야기될 수 있다.

별 탄생 : 주변 분자구름과의 관계 별 탄생 : 주변 분자구름과의 관계 분자구름이 수축  무거운 별이 생성 자외선 방출초신성 폭발 주변 분자구름이 가열  팽창 다른 분자구름을 압축한다.

분자운의 수축

회전 ; 각운동량 포함 각운동량 보존의 법칙 각운동량 = mvr = 일정 질량이 일정한 경우 회전 속도와 거리 R 이 반비례  즉 R 이 작아 질 수록 회전 속도가 빨라진다.  즉 중력 수축으로 크기가 작아 질 수록  빠른 회전  회전에 의한 원심력은 물질의 중력수축과 대비  회전축 수직면에 수축이 회전 축에 비해 느려짐

+ : 황소자리 HL 별

베타 픽토리우스

항성 생성 영역 오리온 성운 = nearest massive star forming region > 3000 low and intermediate young stars + 10 high massive young stars

오리온 성운 M42

IR image of orion 성운

Trapezium 성단 < 10 5 년 30 m o 의 별 10 5 별 /pc 3

카라이나 성운과 원 시항성

Disks around Young Stars are Common

항성 생성시 원반 생성은 일반적 ? edu/users/tokunaga/SS ET/SSET.htm

= 1.1  m in color = 2.7 mm in conts = 1.1  m in color The Circumstellar Disk of HL Tauri

젊은 항성 주변의 원반 적어도 ½ 이상이 원 반을 갖음 원반은  행성을 만들기에 충 분한 물질을 포함  태양계 생성 이론과 부합

Protostellar Jets

The Cone Nebula A Star Forming Region

As young massive stars blow away the nebula, the cocoons of the young protostars are revealed.

원시항성 : T Tauri

별의 나이와 생명체 진화 별의 질량과 위치는 생명체 진화와 어떤 연관이 있을까 ?

항성 생성에 대한 구체적인 문제 왜 분자운에서 여러 개의 중심핵이 발생되는가 ? 무엇이 중심핵의 질량, 크기를 결정하는가 ? 왜 항성 생성은 다중으로 발생되는가 A. Nordlund

요약 : 태양과 같은 항성생성 거대분자운 티끌  중심핵 Age ~ 10 5 yr 쌍극 분출의 젊은 원시항성 Age ~ 5 x 10 5 yr 원시 행성계 원반 자기장이 강한 원시항성 (T Tauri star) Age ~ 5 x 10 6 yr 중력 수축으로 주계열성 Age 10 7 – 10 8 yr 수소연소