早型星：年輕的大哥大？還是“魔星”的另一半？

出品：科普中國(guó)

作者：郭彥君（中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

古人曾把一顆星光閃爍不已、發(fā)光時(shí)強(qiáng)時(shí)暗的星星稱(chēng)作“魔星”，直到英國(guó)的一名聾啞少年古德里克通過(guò)長(zhǎng)期的觀測(cè)，才發(fā)現(xiàn)它的奧秘：

原來(lái)這是一對(duì)彼此依偎的“雙星”，一顆明亮，一顆昏暗。當(dāng)較暗的那顆星星擋在“魔星”身前時(shí)，“魔星”的一部分光同時(shí)會(huì)被遮擋，于是人類(lèi)在地球上觀測(cè)到“魔星”變暗了。反之，當(dāng)暗星被“魔星”遮擋時(shí)，我們會(huì)看到一顆更亮的“魔星”。

事實(shí)上，“魔星”并不是宇宙中的個(gè)例，而是普遍的情況，尤其對(duì)于早型星來(lái)說(shuō)，更是普遍，大部分早型星都屬于雙星系統(tǒng)。

圖1雙星繞轉(zhuǎn)示意圖

（圖片來(lái)源：space）

何謂“早型星”？

少年看到的星光，訴說(shuō)著遙遠(yuǎn)的故事。星星的光學(xué)光譜包含著遙遠(yuǎn)天體豐富的物理信息，可以說(shuō)是天體的“指紋”和“DNA”?；瘜W(xué)物質(zhì)在燃燒時(shí)，物質(zhì)中不同的元素會(huì)呈現(xiàn)出獨(dú)特的光譜和顏色。因此天文學(xué)家可以從天體的光譜中，得到元素組成，通過(guò)進(jìn)一步分析甚至可以得到恒星的質(zhì)量、磁場(chǎng)、自轉(zhuǎn)、表面重力及運(yùn)動(dòng)狀況。

恒星的有效溫度不同，因此有不同的顏色。恒星有效溫度越高，顏色越偏藍(lán)，反之顏色則偏紅。根據(jù)光譜的組成情況，按有效溫度由高到低為序，天文學(xué)家將恒星光譜分為O、B、A、F、G、K、M以及R、N和S型。通常將O、B、A型這些溫度較高的星稱(chēng)為“早型星”，將溫度較低的K、M型星稱(chēng)為“晚型星”。其余稱(chēng)為“中間型星”。

圖 2 OB型早型恒星的示意圖

（圖片來(lái)源：wikipedia）

如此命名，正是因?yàn)樽畛跞藗円詾闇囟劝凳玖撕阈切纬傻捻樞颍髞?lái)發(fā)現(xiàn)早型星、晚型星并不代表恒星形成的早晚。不過(guò)，恒星也有出生、成熟、衰老和死亡的過(guò)程，但這個(gè)過(guò)程往往要經(jīng)歷幾百萬(wàn)年甚至一百億年以上。

恒星的質(zhì)量關(guān)系到恒星的物理特性并決定著恒星的壽命長(zhǎng)短和演化進(jìn)程，質(zhì)量大的恒星比質(zhì)量小的恒星演化快。因此，同樣年齡的恒星，可能早型星已經(jīng)離開(kāi)主序進(jìn)入了“暮年”，而中晚型星還位于主序中，正是“風(fēng)華正茂”。

為何早型星如此重要？

這里筆者給大家補(bǔ)充一個(gè)小知識(shí)點(diǎn)：致密天體是體積小而密度大的天體，包括白矮星、中子星和黑洞。宇宙中兩個(gè)致密星體互相繞轉(zhuǎn)時(shí)則會(huì)產(chǎn)生不為肉眼所見(jiàn)的引力波。

（圖片來(lái)源：Veer圖庫(kù)）

由早型星組成的雙星系統(tǒng)最終可能演化形成雙中子星、黑洞-中子星、雙黑洞等引力波源。因此，大質(zhì)量雙星的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)對(duì)于追蹤大質(zhì)量恒星的形成和限制雙星星族性質(zhì)至關(guān)重要。

黑洞

（圖片來(lái)源：Veer圖庫(kù)）

LAMOST：無(wú)妨，我會(huì)出手

目前，大部分早型星觀測(cè)樣本來(lái)自于不同的觀測(cè)，缺乏一致性觀測(cè)樣本，導(dǎo)致了早型星雙星統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的研究結(jié)果存在較大偏差。而LAMOST為解決這個(gè)難題提供了寶貴的助力。

LAMOST全稱(chēng)為“大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡”，又稱(chēng)“郭守敬望遠(yuǎn)鏡”，是由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)承擔(dān)研制的我國(guó)自主創(chuàng)新的大視場(chǎng)兼大口徑及光譜獲取率最高的望遠(yuǎn)鏡，可以獲取大量光學(xué)光譜，為早型星的研究提供了難得的機(jī)遇。

中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)郭彥君博士與合作者通過(guò)LAMOST DR8中886顆超過(guò)6次光譜觀測(cè)的早型星樣本，根據(jù)其有效溫度、金屬豐度和投影自轉(zhuǎn)速度進(jìn)行了分組研究，結(jié)合蒙特卡洛模擬的方法對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面校正。

LAMOST與銀河

（圖片來(lái)源：國(guó)家天文臺(tái)）

郭彥君博士與合作者的研究發(fā)現(xiàn)，這批樣本早型星內(nèi)稟雙星比例隨溫度降低而降低，隨著金屬豐度的降低而降低：大質(zhì)量O/B星的雙星比例可以達(dá)到76%，而質(zhì)量相對(duì)較小的B/A星的雙星比例約為48%；金屬豐度類(lèi)太陽(yáng)([M/H]>-0.1)的早型星雙星比例為72%，而金屬豐度較貧([M/H]<-0.5)的早型星雙星比例為44%。

這時(shí)讀者朋友可能會(huì)問(wèn)了：什么是雙星比呢？其實(shí)，雙星比是決定宇宙中黑洞或中子星雙星數(shù)目和空間分布的重要因素。觀測(cè)上給出的雙星比，可以作為理論內(nèi)稟雙星比下限，并限制理論雙星模型。同時(shí)該成果可以作為雙星星族合成的輸入?yún)?shù)，進(jìn)而理解致密雙星的形成及演化。

編輯：孫晨宇