적색거성가지 (Red Giant Branch)
쉽게 풀면
별이 늙으면서 밝기가 점점 커지는 경로를 HR도 위에 그리면 나타나는 곡선 구간을 말합니다. 헬륨 섬광이 일어나는 순간 에너지 방출량이 순간적으로 태양 전체 광도의 수백억 배에 달하지만, 대부분 별 내부에서 흡수되어 겉으로는 큰 변화가 보이지 않아요.
왜 중요한가
적색거성가지는 성단의 금속함량과 나이에 따라 기울기와 색이 체계적으로 달라져, 구상성단의 화학 조성을 측광만으로 추정하는 도구로 쓰입니다. 가지 끝의 광도가 헬륨 중심핵 질량에 의해 고정되므로 TRGB 거리 측정법의 근거가 되며, 허블 상수 논쟁에서 세페이드와 독립적인 검증 수단으로 주목받습니다. 적색거성가지 단계에서는 헬륨핵이 아직 점화되지 않은 채 등온 축퇴 상태로 수축하고, 그 위 수소 껍질만 타면서 광도가 급격히 증가하다가 '헬륨 섬광'이라는 폭발적 점화로 가지 끝에서 급전환이 일어납니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
성단 내 별들이 HR도 상에서 만드는 적색거성가지의 모양이 성단의 화학적 조성과 나이에 민감하다는 점을 활용한 분석 기법을 설명한다.
수소 껍질 연소 단계의 항성 진화 궤적을 검증한 연구다.
조금 더 깊게 보면
적색거성가지 위의 별은 모두 헬륨 중심핵이 아직 점화되지 않은 상태라는 점에서, 이미 헬륨을 태우는 수평가지·적색덩이 별과 물리적으로 다릅니다. 가지 끝의 광도가 일정하다는 성질은 약 2 태양질량 이하의 별에만 해당하고, 더 무거운 별은 헬륨 섬광 없이 조용히 헬륨을 점화하므로 TRGB 방법을 젊은 집단에 적용하면 안 됩니다. 또한 I 밴드에서는 금속함량 의존성이 작지만 다른 밴드에서는 크게 달라져 필터 선택이 결과를 좌우합니다.
주의할 점
적색거성가지는 이후 헬륨 점화가 일어나는 헬륨섬광 시점에서 끝나며, 이후 항성은 수평가지로 이동하므로 점근거성가지와 혼동하지 않아야 한다.
적색거성가지와 점근거성가지 는 이름이 비슷하지만 각각 헬륨 점화 이전과 이후의 서로 다른 진화 단계를 가리키므로 혼동하지 않아야 한다. 헬륨 섬광 자체는 거대한 에너지를 방출하지만 별의 겉면까지 그 충격이 전달되지 않아, 광도계로 관측해도 폭발적 변화가 겉으로 드러나지 않는다는 점이 흥미로운 특징이다.