恒星の進化と終末｜高校地学

根拠は高等学校学習指導要領（平成30年告示）「地学」の内容 (4) ア (ｲ) ㋐「恒星の性質と進化」。
内容の取扱いは「質量により恒星の進化の速さ，恒星の終末及び生成元素が異なることも
扱うこと」を求めている。

0. どういう論点か

恒星の一生は、生まれたときの質量でほぼ決まります。
「速さ」「終わり方」「つくる元素」の 3 つが質量で分かれます。

質量	終末	つくる元素
太陽程度（軽い）	惑星状星雲を残して白色矮星	炭素・酸素まで
太陽の 8 倍以上（重い）	超新星爆発→ 中性子星	鉄まで（爆発時に鉄より重い元素）
きわめて重い	超新星爆発 → ブラックホール	同上

引っかけの分かれ目は次の 3 つ。

重い星ほど速く進化する（寿命が短い）
鉄より重い元素は超新星爆発などでできる（ふつうの核融合ではできない）
白色矮星・中性子星・ブラックホールは「終末の姿」で、質量によって決まる

1. 誕生から主系列星へ

根拠: 学習指導要領地学-(4)-ア-(イ)-㋐

恒星はどこで生まれる？

星間雲（とくに低温で密度の高い分子雲）の中

重力で収縮して原始星になる。

原始星が光るエネルギー源は？

重力エネルギー（収縮して解放される熱）

まだ核融合は始まっていない。

主系列星になるのは、中心で何が始まったとき？

水素の核融合

このとき収縮が止まり、安定して輝く。

主系列星が安定して大きさを保てるのはなぜ？

内側へ向かう重力と、外へ向かうガスの圧力がつり合っているから

核融合が圧力を支える。

生まれたばかりの星の集団は、どんな星団として見える？

散開星団（若い星が比較的ゆるく集まっている）

同じ星間雲から一緒に生まれる。

2. 主系列を離れてから

根拠: 学習指導要領地学-(4)-ア-(イ)-㋐

中心の水素を使い切った星はどうなる？

中心が収縮し、外層が膨張して赤色巨星になる

HR 図では右上へ移動する。

赤色巨星の中心では何が起きている？

ヘリウムの核融合（炭素や酸素ができる）。その外側では水素の核融合が続く

中心が収縮して温度が上がったため。

太陽程度の質量の星の終末は？

外層を放出して惑星状星雲となり、中心部が白色矮星として残る

超新星爆発は起こさない。

白色矮星とは？何で支えられている？

核融合を終えた高密度の星の残骸。電子の圧力（縮退圧）で支えられている

半径は地球ほどで、密度は 1 cm³ で 1 トン規模。

質量の大きい星の中心では、核融合はどこまで進む？

炭素・酸素・ケイ素…と進み、最後は鉄まで

鉄より先へは進めない。

鉄より重い元素の核融合が起こらないのはなぜ？

鉄はもっとも安定な原子核で、それ以上融合してもエネルギーが出ない（逆に必要になる）から

だから核融合は鉄で止まる。

鉄の中心核ができた重い星はどうなる？

支えを失って一気に収縮し、超新星爆発を起こす

外層が吹き飛ばされる。

3. 終末の姿と元素の行方

根拠: 学習指導要領地学-(4)-ア-(イ)-㋐

超新星爆発の後に残るものは、質量によってどう違う？

中性子星（太陽の 8〜25 倍程度の星）か、ブラックホール（それより重い星）

何も残らない場合もある。

中性子星とは？

中性子が密に詰まった、半径 10 km ほどの超高密度の天体

高速で自転し電波を出すものはパルサーとして観測される。

ブラックホールとは？

重力が強すぎて光さえ脱出できない天体

まわりのガスが落ち込むときの X 線で存在が分かる。

鉄より重い元素（金・ウランなど）はどこでできた？

超新星爆発や中性子星の合体など、極端な環境

ふつうの核融合ではできない。

超新星爆発が次の世代の星に与える影響は？

重元素を星間空間にばらまき、そこから生まれる星や惑星の材料になる

地球の鉄や炭素も、昔の星の中でつくられた。

恒星の進化で生成元素が質量によって違うことは、宇宙の組成にどう関わる？

重い星が短命で重元素をまき散らすため、時代が進むほど星間物質の重元素が増える

古い星は重元素が少ない。

太陽はこれからどうなる？

約 50 億年後に赤色巨星になり、惑星状星雲を放出して白色矮星になる

→ 太陽の内部構造とエネルギー源

星の一生を HR 図の上の移動として言うと？

主系列（誕生）→ 右上（赤色巨星）→ 左下（白色矮星）へ移動する

図の上の位置が、その星の段階を示す。