H-R도의 모습
1. 개요
색등급도(Color-Magnitude diagram), HR도(Hertzsprung-Russell diagram, 헤르츠스프룽-러셀 도)라고 부른다.항성들을 밝기와 온도에 따라 나누어 놓은 등급도이다. 헤르츠스프룽과 러셀이라는 과학자가 비슷한 시기에 각각 독자적으로 만들어서 그들의 이름을 따 HR도라고도 부른다. 세로축은 항성의 절대 등급 또는 광도로 나타내고,가로축은 항성의 표면 온도 또는 스펙트럼형(분광형)으로 나타낸다. 일반적으로 태양을 기준으로[1] 나타내며, 별의 위치가 어디에 있느냐에 따라 별의 종류를 알 수 있다. 별의 일생을 나타낼 때에도 많이 쓰인다. 성단 이상의 천체를 연구할 때 HR도 분석은 거의 필수적이며, 가장 기본적인 툴이다.
2. 별의 종류
왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 이어지는 대각선 영역에 존재하는 별들은 주계열성으로, 왼쪽 위로 갈수록 (온도 또는 광도가 높을수록) 반지름과 질량이 크지만 진화 속도가 빨라 수명이 짧다.[2]오른쪽 상단에 존재하는 별들이 적색 거성으로, 중심의 헬륨핵에서 헬륨 핵융합 반응이 일어나 면적은 더 넓어지고 부피가 팽창하게 된다. 이로써 표면 온도는 낮아지지만 (HR도에서 오른쪽으로의 이동) 부피의 팽창 속도가 훨씬 빨라 별은 더 밝아진다. (HR도에서 위쪽으로의 이동)
왼쪽 하단에 존재하는 별들이 백색왜성으로, 거성이나 초거성의 폭발 (초신성) 이후 수축하여 만들어진다. 따라서 온도는 높아지지만 (H-R도에서 왼쪽으로의 이동) 별의 부피가 작아지므로 광도는 낮아진다. (H-R도에서 아래쪽으로의 이동)
가운데 상단에는 황색거성이, 왼쪽 상단에는 청색거성이 있다. 그 상단으로는 적색초거성, 황색초거성, 청색초거성 등 초거성이, 더욱 상단으로는 극대거성이 있다.
표의 맨 왼쪽인 분광형 O형 항성의 경우 주계열성과 초거성의 구분이 점점 어려워진다.
별의 유형은 I부터 V까지 로마 숫자로 구분되는데, I가 초거성(supergiant), II가 밝은거성(bright giant), III가 거성(giant), IV가 준거성(subgiant), V가 주계열성 또는 왜성(dwarf)을 가리킨다. OBAFGKM 분광형 뒤에 함께 나타내어 별을 구분한다.
3. 별의 진화
HR도가 단순히 별의 종류나 보자고 쓰인다면 그저 한번 보고 지나갔을 테지만 당연히 이게 끝이 아니다. 바로 별의 진화의 경향이 단 한 장의 그래프에 나오게 되는 강력한 툴이다. 때문에 전공자들은 이 HR도의 해석에 한 학기를 투자하게 된다. 세부 전공 분야에 따라 차이는 있지만 애초에 이거 해석하지 못하면 졸업을 할 수 없다.이런 식으로 별의 진화 과정을 표현해낸다.[3]
여담으로 태양 질량 0.8배 미만의 별들은 무시되는 경우가 흔한데, 이들은 현 우주의 나이(약 138억 년)보다 수명이 길어 최종 진화 단계에 도달하지 못하였기 때문이다. 시뮬레이션에 따르면 태양 질량의 0.25배 미만부터는 적색거성이 되지 않으며, 청색왜성이 되어 HR도의 왼쪽 방향으로 이동한다고 한다.
4. 영년주계열
Zero Age Main Sequence. 줄여서 ZAMS(잼스)라고 부른다. 처음 만들어 졌을 때 주계열성의 위치를 HR도 상에서 찍은 후 연결하면 얻을 수 있다.5. 은하의 색등급도
비슷한 원리로 은하의 색등급도도 그려볼 수 있다. 색등급도 내에 들어가는 점 하나하나를 항성에서 은하로 대체한 버전이다. 항성과는 달리 주로 x축을 등급으로 쓰고 y축을 색으로 쓴다는 점이 특징이다.
색등급도 상에서의 은하들의 분포는 두 개의 명확한 덩어리로 나누어진다. 위쪽에 존재하는 길다란 줄 모양의 분포는 적색계열(Red sequence) 라고 부르며 늙은 별들로 이루어진 타원은하나 렌즈형 은하 등이 주로 위치해 있다. 아래쪽의 넓은 영역은 청색 구름(Blue cloud)라고 부르며 나선은하와 같은 활발한 별 탄생이 이루어지는 은하들이 위치한다. 적색계열과 청색 구름 사이에는 은하가 별로 없는 구간이 있는데 이곳을 흔히 녹색 골짜기(Green valley)라고 부른다.