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천체물리/우주론
Q.별의 수축에 대해 설명해 주세요.(준 안정상태)
2010-02-23
A.아주 급격하게 수축하지 않는 경우를 다룰 때 안정상태와 마찬가지로 취급하는 준 안정상태 (quasi-static)를 가정하게 됩니다. 이 상태에서는 기체의 정 역학적 평형, 즉 압력=중력을 가정합니다. 그리고 별의 경우 이상기체를 가정할 수 있습니다.
공기덩어리가 단열팽창이나 수축과 같이 외계와 에너지 교환이 없는 경우에는 밀도와 부피의 변화는 온도의 변화로 나타납니다. 즉 단열 팽창인 경우 온도가 떨어지고, 단열 수축인 경우 온도가 올라갑니다. 이때 엔트로피는 변화가 없게 됩니다. 즉, 열 변화 = 엔트로피 변화 / 온도 = 0. 별의 수축을 단열과정으로 볼 수 있습니다.
별이 수축하게 되면 반경이 작아지므로 중력은 커지고, 정 역학적 평형상태를 이루려면 압력이 증가하게 됩니다. 또 단열 과정으로 부피가 수축하게 되면 온도가 상승하게 됩니다. 따라서 별의 수축은 부피가 감소하고, 온도와 압력이 올라가게 됩니다.
참고로 이렇게 온도와 압력이 올라가면 별의 수축이 정지될 것입니다. 그런데 별은 완전 단열과정이 아니고, 온도와 압력이 올라가게 되면 분자들이 분해된다든지, 원자들이 이온화 한다든지, 장파장의 빛을 낸다든지 해서 에너지를 소모하거나 방출하게 됩니다. 이렇게 되면 온도가 떨어지게 되고, 별은 다시 수축 하게됩니다.
공기덩어리가 단열팽창이나 수축과 같이 외계와 에너지 교환이 없는 경우에는 밀도와 부피의 변화는 온도의 변화로 나타납니다. 즉 단열 팽창인 경우 온도가 떨어지고, 단열 수축인 경우 온도가 올라갑니다. 이때 엔트로피는 변화가 없게 됩니다. 즉, 열 변화 = 엔트로피 변화 / 온도 = 0. 별의 수축을 단열과정으로 볼 수 있습니다.
별이 수축하게 되면 반경이 작아지므로 중력은 커지고, 정 역학적 평형상태를 이루려면 압력이 증가하게 됩니다. 또 단열 과정으로 부피가 수축하게 되면 온도가 상승하게 됩니다. 따라서 별의 수축은 부피가 감소하고, 온도와 압력이 올라가게 됩니다.
참고로 이렇게 온도와 압력이 올라가면 별의 수축이 정지될 것입니다. 그런데 별은 완전 단열과정이 아니고, 온도와 압력이 올라가게 되면 분자들이 분해된다든지, 원자들이 이온화 한다든지, 장파장의 빛을 낸다든지 해서 에너지를 소모하거나 방출하게 됩니다. 이렇게 되면 온도가 떨어지게 되고, 별은 다시 수축 하게됩니다.