하버드 분류법

1 개요

20세기 초 미국 하버드 천문대에서 개발한 분류법으로, 항성의 표면온도에 민감한 스펙트럼에 근거하고 있으며, 표면온도에 따라 그 순서를 정해 오른쪽으로 감소하는 순서로 배열한다.

2 별의 분류

관측된 주계열성들의 실제 사이즈를 평균적으로 나타낸 것이다. 제일 차갑고 어두운 M형을 시작으로 오른쪽으로 갈수록 기하급수적으로 밝고 뜨거워진다. 그러나 수명 또한 급격히 짧아져 제일 오른쪽 O형은 불과 몇백만 년밖에 살지 못한다. 생각과는 달리 주계열성들의 크기는 흔히 알던 적색 거성이나 청색 거성처럼 무지막지하게 차이가 나지 않는다. 거대한 별들은 주계열에서 이탈하여 죽어가는 별들이 빵빵하게 부풀어오르는 것이다.

2.1 볼프-레이에별

2.1.1 W형

해당 문서 참고.

2.2 주계열성

2.2.1 O형

성간 물질이 뭉친 양이 태양의 16배를 넘어가면 O형 주계열성이 된다. 표면온도는 3만 도에서 가장 뜨겁다고 알려진 O2 분광형은 5만 5천도에 이른다.

O형 주계열성은 아주 희귀하여 전 우주의 주계열성들 중 대략 1000만개 중 3개(약 0.00003%)가 O형 주계열성이다. 감이 오지 않는다면, 주계열성들을 인간에 비유한다면 대한민국 5천만 인구 중 15명밖에 되지 않는다는 것이다. 반지름은 태양의 6.6배 정도에 지나지 않으나, 밝기는 태양의 3만배에 달한다. 인간의 눈으로 볼 때 O형 주계열성은 청백색의 빛을 뿜는다. 이처럼 희귀한 이유는 큰 질량이 뭉쳐서 별이 생길 확률이 그렇지 않을 확률보다 적은 것에 더해서 이 별들이 살아 있는 기간이 '너무 짧기' 때문이다. 태양 질량의 30배 정도 되는 O7형 별의 평균 수명은 1100만 년, O3형 별은 300만 년밖에 되지 않으므로, 각각 태양의 현재 나이인 46억 년의 0.239%(O7), 그리고 0.065%(O3) 정도밖에는 살지 못한다. 따라서 인간이 밤하늘을 관찰할 때 살아있는 O형을 관측할 확률은 이 별의 생존 기간이 평균적인 다른 별들에 비해 짧은 만큼 줄어드는 것이다. 이 별들은 워낙에 많은 질량이 뭉쳐서 태어났기 때문에 주계열로 성장이 끝난 별 주위에도 별을 만들고 남은 가스가 둘러져 있어서 지구에서 볼 때 빛을 차단한다. 따라서 이 별에 대한 연구는 이하 서술할 보다 작은 별들에 비해 많이 제한되어 있다.

희귀한 만큼 지구에서 가장 가까운 O형 별은 '외뿔소자리 S'로, 2000광년 너머 떨어져 있다.

2.2.2 B형

성간 물질이 뭉친 양이 태양의 최소 2배에서 16배 사이가 되면 B형 주계열성이 된다. 표면 온도는 최소 1만~3만 도로 위에 쓴 O형의 위엄에는 크게 못미치나 여전히 아주 뜨겁다. 밝기는 태양의 25배에서 최대 3만 배까지 다양하다. 왜 이처럼 밝기 차가 무지막지한가에 대한 답은, 수소핵융합의 속도는 온도의 세제곱에 비례하기 때문이다. 온도가 2배 상승하면 밝기는 8배 증가하는 식이다.

B형 역시 우리 눈에 청백색의 빛을 뿜는다. 다만 일각에서 알려진 것처럼 B형은 청백색이고 O형은 청색으로 빛난다는 말이 있는데 일정 온도 이상 뜨거워지면 우리 눈에는 청백색보다 더 푸르게 보이는 일은 없다. 그 이유는 뜨거운 별들은 가시광선보다는 자외선 영역에서 대부분의 에너지를 뿜기 때문이다.

일단 희귀성 측면에서 O형보다는 아주 많은데, B형 주계열성은 우주의 주계열성들 중 0.15% 정도다. 무시해도 좋을 정도의 적은 수치이기는 하나, O형의 비율에 비하면 아주 흔하다고 봐도 좋다. 질량이 따라 수명은 1천만~8억 년이다.

다만 밤하늘에 빛나는 별들 중 주계열 B형 별들 중 눈에 띄는 것은 없다. 무엇보다 수가 적어 지구에서 가까운 것이 몇 없다는 데 있다. 다만 소형 망원경을 통해 보면 잘 보이는 별들 수준으로 확장하면 그 수는 꽤 된다.

이 B형 별들의 특징이라면 자전 속도가 매우 빠르다는 데 있다. 수명이 워낙에 짧아서 태어났을 때의 각운동량이 다 없어지지 않은 것이 큰 이유이다. 너무 빨리 돌아가기에 아케르나르처럼 납작하게 찌부러진 경우도 있다.

대표적인 지구 근처 B형 주계열성으로는 오리온자리 웁실론, 마차부자리 에타, 용골자리 에타, 전갈자리 타우 등이 있다. 눈에 띄게 밝게 보이는 별이 없어 인지도 있는 별은 거의 없다고 봐도 좋다.

2.2.3 A형

태어날 때 뭉친 가스 물질의 양이 태양의 1.4배에서 2배 사이일 경우 A형 주계열성이 된다. 표면 온도는 최소 7500~최대 1만 도 정도에서 형성된다. 밝기는 태양의 5배에서 25배 사이에서 형성된다. 이는 재래식 손전등과 LED 등의 차이 정도 된다.

일단 A형은 앞의 B나 O에 비해 훨씬 연구가 많이 되어 있고, 그 수효 또한 많다. 우주 모든 별 중 약 0.6%를 차지한다. 사실 이 정도 비율도 무시할 수준이기는 하나 A형은 O형이나 B형에 비해 훨씬 오래 산다(최소 7억~ 최대 30억 년). 따라서 밤하늘에 보이는 주계열성들 중 그 수가 가장 많고 우리에게 잘 알려진 별들 중 상당수가 이 A형에 속한다.

대표적인 지구 근처 주계열성으로는 시리우스, 포말하우트가 있다.

2.2.4 F형

질량이 태양의 1.04배에서 1.4배일 때 형성되며 6070K~7250K의 온도 분포를 보인다. 밝기는 태양보다 조금 더 밝은 수준에서 3배까지이다. F형은 주계열성의 대략 3% 정도로 희귀해도 많이 관측되는데, 밝기가 밝아서 100광년 이내에서 많이 발견되기 때문이다.

수명은 20억년~100억년이다. 지구에서 보면 황색으로 보이지만 우주에서 관측하면 옅은 푸른색으로 관측된다. 이는 지구의 대기 때문에 색이 다르게 보이기 때문이다.

2.2.5 G형

G형은 모든 주계열성들 중 가장 연구가 많이 되고 우리가 많은 것을 알고 있는 주계열성인데, 그 이유는 우리 태양이 바로 여기 속했다는 사실 하나 때문이다.

지구에서는 황색에 붉은기가 섞여 있는 것처럼 관측되지만 실제로 우주에서는 흰색 별이다. 이는 지구의 대기 때문이다.^[1] 질량은 태양의 80%~1.04배에 표면 온도는 5300~6070K까지이다.

우주의 별들 중 7%~8% 가량을 차지한다. 태양의 분광형은 G2로, G형에서도 질량이 큰 편에 속한다. 수명은 80억~160억 년이며, 태양의 기대 수명은 약 120억~130억 년이다..

2.2.6 K형

오렌지색 왜성이라 불리며 질량은 태양의 45%~80%이며 표면 온도는 3850K~5273K의 온도 분포를 가지고 있다. 우주에서 관측하면 K0은 흰색으로 K9은 옅은 주황색이 섞인 백색으로 관측된다.

비교적 흔하고 적색 왜성과 그 이하에 비해 그리 어둡진 않기 때문에 K형별은 별들 목록에서도 많이 분포하지만 광도가 어두워 멀리 있는 K형 별을 관측하기는 힘들다.

수명은 160억년에서 1300억년까지 살 수 있다. 즉 K형의 가장 작은 별의 경우 수명이 1000억년을 넘기고 우주의 나이가 138억년 이므로 죽은 K형별은 없다고 볼 수 있다.

2.2.7 M형

적색왜성이라 불리며 우주에서 관측하면 분광형에 따라 옅은 황색부터 황색으로 보인다. 우주에서는 분광형 M0은 흰색에 옅은 황색이 섞인 색으로 관측되며 M9은 밝은 황색으로 관측된다.

질량은 태양의 8%~45%까지이며 우주의 주계열성들 중 95%이상을 차지한다. 미래의 우주에는 이러한 적색 왜성이 많이 생길 수 있는 환경이 조성되어 100억년 후 우주에는 적색 왜성의 비율이 98% 이상까지 늘어나게 될 것이다.

적색 왜성은 질량과 중원소 함량에 따른 복합적인 수명계산으로 하면 최소 800억년 이상 살 수 있다. 즉 적색 왜성이라면 800억년 이하의 수명을 가진 적색 왜성은 없다는 뜻이다. 가장 질량이 작은 적색 왜성은 10조 년 이상까지 살 수 있다.

우주에 많이 존재하지만 가장 밝은 적색 왜성의 밝기는 태양의 10%에 불과하며, 가장 어두운 적색 왜성은 태양의 1만분의 1도 존재하므로 어떤 적색 왜성도 망원경 없이는 관측이 불가능하다. 따라서 우주에 아주 적게 있는 것처럼 보이지만 고성능 망원경으로 관측하면 우주가 별로 꽉 차있는 것처럼 관측되는데, 이는 적색왜성이 매우 많기 때문이다.

적색 왜성은 어둡기 때문에 100광년 이내의 비교적 가까운 별이 연구대상이 되고 있다.^[2] 더 자세한 내용은 해당 항목을 보면 된다.

우리 은하에 존재하는 적색 왜성의 평균 질량은 태양의 9.5%로 집계된다. 이는 적색 왜성들 중에서도 태양의 8~11% 사이대의 별들의 양이 전체 적색 왜성들 중 70% 이상 차지한다는 뜻이다. 이는 작은 적색 왜성일수록 그만큼 수가 많아진다는 뜻이다. 즉, 질량이 태양의 10%만 넘어도 전체 주계열성 등위의 절반 안에 든다는 뜻이 된다.

2.3 갈색왜성

2.3.1 L형

2.3.2 T형

2.3.3 Y형

온도는 700K 이하로 별 중에서는 매우 차갑다. 일부는 표면 온도가 영하로 내려간다고 추정된다. 현재까지 발견된 별들은 이 분광형에 속하는 별 중에서도 가장 밝은 별들이 대부분이다.
~~이새끼들은 별의 가치가 없습니다 내다 버리세요~~

2.4 백색왜성

2.4.1 D형