ヘルツシュプルング・ラッセル図（H-R図）とは：恒星の明るさと温度をわかりやすく解説
ヘルツシュプルング・ラッセル図（H-R図）を図解でやさしく解説：恒星の明るさと温度の関係が一目で分かる入門ガイド。
ヘルツシュプルング・ラッセル図（H-R図）とは、多数の星を並べたグラフで、恒星の光度（明るさ）と表面温度（または色・スペクトル型）の関係を示したものです。見た目は星の「位置の絵」や地図ではありませんが、恒星の物理的性質を一目で比べられる重要な図です。H-R図はしばしばH-RやHRD図と略されます。
軸の読み方（基本）
縦軸は光度（または絶対等級）で、上に行くほど明るい星を示します。光度は太陽光度（L☉）のような単位や、絶対等級（M_V）で表されます。
横軸は表面温度（ケルビン）またはスペクトル型（O, B, A, F, G, K, M）で、伝統的には温度が高い（青い）星が左、低い（赤い）星が右に配置され、右に行くほど温度が下がります。この「右に行くほど温度が下がる」という向きは初見では逆に感じることがありますが、天文学の慣例です。
図に現れる主な領域
- 主系列（Main Sequence）：図の対角上に青くて明るい高温星から赤くて暗い低温星まで続く帯。ここの星は中心で水素核融合を行っている安定した段階にあります。太陽はこの主系列に属します。
- 赤色巨星・超巨星：主系列の上方右側に位置する、半径が大きく表面は比較的低温だが非常に明るい星々。進化の進んだ段階にあることが多いです。
- 白色矮星：図の左下付近に集まる高温だが非常に暗い小さい星。これらは核融合をやめた後の残骸です。
なぜこの図が重要か（用途）
H-R図は恒星の性質や進化を理解するための基本ツールです。代表的な用途は次の通りです：
- 星団のH-R図を見ることで、その星団の年齢を推定できる（主系列の切断点から年代を決める）。
- ある恒星の位置から質量や進化段階（例：主系列、赤巨星、白色矮星など）を推測できる。
- 観測的には色等級図（カラー・マグニチュード図）として表され、距離や減光の補正を含めることでさらに多くの情報を得られる。
観測データと理論モデル
H-R図には観測で得られた星の分布（観測的H-R図）と、理論的に計算した進化経路（進化トラック）があります。観測的な図は測光や視差などの精度に依存し、最近はESAのGaiaのような大規模なミッションで極めて詳細なH-R図が得られるようになりました。右の図はヘルツシュプルング・ラッセル図の例で、この図は、私たちの天の川銀河にある23,000個の星を測定した結果に基づいています。
歴史的背景
ヘルツシュプルング・ラッセル図は、デンマーク出身の天文学者エジナル・ヘルツシュプルングとアメリカのヘンリー・ノリス・ラッセルの業績にちなみ名づけられました。両者は別々に、恒星の色やスペクトルと明るさの関係を示すことが有益であることを示しました。
補足：太陽の位置
太陽はH-R図の主系列上にあり、表面温度およそ5,800 K、光度は1 L☉（基準）です。つまり、H-R図で見ると「ごく普通の主系列星」の典型例になります。
まとめると、ヘルツシュプルング・ラッセル図は恒星の分類と進化を直感的に示す強力なツールであり、現代天文学で広く使われています。
Hertzsprung-Russell diagram by Richard Powell with permission.
もう一つの見方、おそらく理解しやすい
H-R図上の星の進化の軌跡。太陽＝1
ヘルツシュプルング・ラッセル図法の描画
ヘルツシュプルング・ラッセル図法の縦軸は、すべての星を同じ距離から測定した場合の光度または明るさを示しています。別称として、絶対等級とも呼ばれます。明るい星ほど、この図では上に描かれています。
横軸は、星の表面温度を表しています。ただし、右に行くほど温度は上がるのではなく、下がっていく。つまり、図の左側には最も温度の高いプロット（3万ケルビン以上）の星があり、右側には3000K程度の温度しかない星がある。
一般に、星の温度はその色に関係する。図の一番上に、温度とともに「スペクトルクラス」が示されている。最も高温の星は青白く（O類）、中間の温度の星は黄色（G類）、最も低温の星は赤（M類）である。(もちろん、星を「最も冷たい」と言った場合、星の最低温度は華氏5000度近くであることを理解しなければならない)。
実は、1900年代初頭にヘルツシュプルング・ラッセル図が開発されたとき、天文学者は星の温度を調べる方法を知りませんでした。最初の図は、星の絶対等級（1を加えると明るさが約2.5倍になる）を、青白いものから赤いものまでのスペクトルクラスで表した色に対してプロットしたものだった。
星の多い領域
このようにグラフにすると、星はある特定の領域にしか入らない傾向があります。ヘルツシュプルング・ラッセル図上のある領域にある星は、どれも同じような光度と温度を持っています。星が現れる主な領域は、左上（高温で明るい）から右下（低温で明るくない）に向かう斜めの曲線の部分である。これを主系列と呼ぶ。主系列の上には、赤色巨星を含む別の領域がある。その下には、白色矮星を表す曲線があります。
このような明るさと温度による星の集まりは、星の進化を語る上で重要です。一般に、星は主系列で作られます。(もちろん、「主系列」というのは、「ヘルツシュプルング・ラッセル図上で主系列の中にプロットされるような明るさと温度を持っている」という意味です）。数十億年後、赤色巨星に膨張する。そして、さらに10億年か20億年後に、白色矮星になります。
1930年代から1940年代にかけて、太陽のような星を作り、維持するために、核融合がどのような役割を担っているのかが理解され始めた。最近、ヘルツシュプルング・ラッセル図は、学生に星の進化を絵で説明するのに使われています。新しい科学的理論を構築するためには、もうあまり使われていないのです。
ヘルツシュプルング・ラッセル図では、太陽は光度1と温度5780Kの交点で、主系列のごく中央にプロットされる。したがって、太陽はG級、つまり「黄色い星」である）。
質問と回答
Q: ヘルツプルング・ラッセル図とは何ですか。A:ヘルツシュプルング・ラッセル図とは、恒星の光度と温度の関係を示すグラフです。
Q:ヘルツシュプルング・ラッセル図は、星の位置の写真や地図ですか?
A: いいえ、ヘルツシュプルング・ラッセル図は星の位置の写真や地図ではありません。それぞれの星の明るさと温度をグラフにしたものです。
Q: ヘルツシュプルング・ラッセル図は何と呼ばれていますか?
A: ヘルツシュプルング・ラッセル図は、H-R図やHRD図とも呼ばれています。
Q: 文中のヘルツシュプルング・ラッセル図は、何個の星を使って作られたのですか?
A: 文中の図は、私たちの天の川銀河にある23,000個の星からの測定に基づいています。
Q: ヘルツシュプルング・ラッセル図を作成したのは誰ですか?
A: ハーツスプルング・ラッセル線図は、その考案者である天文学者、エジナル・ハーツスプルングとヘンリー・ノリス・ラッセルにちなんで命名されました。
Q: ヘルツプルング・ラッセル線図は、それぞれの星について何を測定しているのですか?
A: ヘルツシュプルング・ラッセル線図は、恒星の明るさ（光度）と温度をプロットしたものです。
Q: ヘルツプルング・ラッセル線図の意義は何ですか?
A: ヘルツシュプルング・ラッセル線図は、天文学者が恒星をその温度と光度に基づいて分類することを可能にし、また恒星の年齢や進化の段階を知る手がかりを与えてくれるからです。
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