적색초거성

赤色超巨星 / Red supergiant
일반적으로 질량이 태양의 8배 이상에서 45배까지의 거대한 별이 중심핵에서 수소와 헬륨핵까지 다 태우고(핵융합 시켜버리고) 말년에 나타나는 단계이다. 넓게 보면 5배 이상의 경우도 초거성으로 보기도 하지만 이정도 질량으로는 초신성보다는 백색왜성이 되기 때문에, 적색 거성으로 보는 경우가 일반적이다. 생애를 마치고 적색 초거성이 된 별은 중심핵에 철을 생성하고 초신성폭발을 하게 된다.

참고로 태양은 이에 미치지 못하기 때문에, 적색 거성단계에서 항성풍으로 질량을 전부 날려버리고, 중심핵에 철을 생성하지 못한 채 적색거성·점근거성가지 단계에 머무르다 백색왜성이 될 것이다.

적색초거성은 이미 생애의 황혼이고, 사람의 인생으로 보면 노년기이다. 따라서 수명은 불과 100만~500만년 정도로 매우 짧으며 질량에 비해 부피가 엄청나게 불어나, 보통 태양 반지름의 700~2150배에 이르는, 주계열성 때와 비교도 안 될 정도로 어마어마한 덩치를 보여준다. 물론 부피만 증가하고 질량은 거의 그대로인지라, 항성 표면의 밀도는 굉장히 낮아서 태양의 0.01배~0.0001배 수준이다.

스펙트럼상 분광형은 K, M이고 표면온도는 2500~4000K의 온도 분포를 보여준다. 외뿔소자리 V838과 같이 항성간 충돌로 인해 생성된 경우 분광형이 L형으로 내려가는 것도 가능하다.

별이 수소를 모두 태우고 나면 더 이상 태울 연료가 없어 중심핵은 수축하고 표면은 크게 부풀어오르게 된다. 이후 헬륨을 태우면서 부푸는 것을 멈추고 일시적으로 황색 초거성이나 분광형 B 하위권의 청색 초거성을 거치게 된다. 헬륨이 고갈되면 본격적으로 크게 부풀어 적색 초거성이 되는데 태양 질량의 20배의 별의 경우, 이 때 태양의 1200~1500배의 지름을 보여준다.

적색초거성은 질량에 비해 지나치게 크게 부풀어 밀도가 극도로 낮고 질량 방출이 매우 심하기 때문에 둥근 형태를 유지하지 못하고 울퉁불퉁한 형태를 이룬다. 적색초거성의 밀도는 적색거성이나 청색거성보다도 훨씬 낮아 우주에 있는 천체들 중에서 가장 밀도가 낮은 천체에 속한다. 물론 성간 물질은 제외.

질량이 태양의 45배가 넘는 별들은 질량방출로 인한 항성풍이 대단해서 적색 초거성 단계를 밟을 정도로 표면온도가 내려가지 않으며, 적색 초거성으로 단계를 밟는다 하더라도 매우 짧게 밟는다. 거의 청색 혹은 황색 초거성 상태로 노년을 보내다가 말년에 볼프–레이에별 단계를 거치게 된 후 초신성 폭발 후 태어났을 때 중원소 함유량이 매우 낮은 별들은 블랙홀로, 중원소 함유량이 비교적 높은 별은 중성자별로 변한다. 태양의 중원소 함량과 동일한 별이 블랙홀로 변하려면 태양 질량의 28배가 되어야 한다.

적색 초거성이 마지막 생애를 마치고 폭발하면 초신성이 되어 남은 에너지를 방출한 뒤 중성자별이 된다.