O型星無法離開出生星云 嬰兒時(shí)期很難被發(fā)現(xiàn)

O型星的壽命非常短，一個(gè)120倍太陽質(zhì)量的O型星，壽命僅為300萬年，而質(zhì)量最小的O型星，壽命也只有1300萬年。這就導(dǎo)致了這些O型星往往終其一生也無法離開它們的出生星云，所以嬰兒時(shí)期的主序O型星很難被發(fā)現(xiàn)。

通常，正常的恒星按其光譜特征被分為O、B、A、F、G、K、M型。這個(gè)分類序列也代表著一個(gè)溫度序列，其中O型星溫度最高，而M型星溫度最低。隨著觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，最近人們發(fā)現(xiàn)了更冷的L和T型星，甚至還有最冷的Y型星。

大多數(shù)人對(duì)恒星的認(rèn)識(shí)，幾乎都來自于常見的F、G、K型星。但作為最早的O型星，其質(zhì)量一般要超過16倍太陽質(zhì)量，溫度在3萬攝氏度以上，光度至少是幾萬個(gè)太陽光度，與我們常見的F、G、K型星相比，O型星有自己獨(dú)特的性質(zhì)。

嬰兒時(shí)期的O型星很難被發(fā)現(xiàn)

O型星光度的劃分標(biāo)準(zhǔn)，與我們常見的F、G、K型星的劃分標(biāo)準(zhǔn)有本質(zhì)的不同：O型星的光度是根據(jù)星風(fēng)強(qiáng)弱劃分，而常見的F、G、K型星是根據(jù)核心區(qū)是否有氫燃燒劃分。當(dāng)F、G、K型星的能量來自中心的氫燃燒，我們就說它們是矮星，否則就不是矮星。但對(duì)于O型星來說，當(dāng)中心氫仍然在燃燒時(shí)，其表面星風(fēng)有可能已經(jīng)非常大了，從而被劃為O型超巨星，而從常見的冷星光度劃分標(biāo)準(zhǔn)看，此時(shí)它應(yīng)該是矮星。

雖然O型星的質(zhì)量一般要超過16倍太陽質(zhì)量，溫度在3萬攝氏度以上，但它的可見光波段的顏色幾乎和一顆質(zhì)量為2倍太陽質(zhì)量、溫度為1萬多攝氏度的A型星相差不大。這是因?yàn)镺型星的輻射主要是在紫外波段，溫度的增加不會(huì)明顯影響其可見光波段的顏色。

O型星的壽命非常短，一個(gè)120倍太陽質(zhì)量的O型星，壽命僅為300萬年，而質(zhì)量最小的O型星，壽命也只有1300萬年。這就導(dǎo)致了這些O型星往往終其一生也無法離開它們的出生星云，所以嬰兒時(shí)期的主序O型星很難被發(fā)現(xiàn)。

由于它們深埋在星云深處，有厚厚的塵埃遮擋，存在很大程度的消光和紅化，從而變得非常昏暗且顏色很紅，看起來與常見的F、G、K型星類似，僅通過測(cè)光顏色無法把O型星從眾多的銀盤場(chǎng)星中分辨出來。

O型星光譜即使是在矮星階段短時(shí)間內(nèi)常常也會(huì)發(fā)生變化。這種變化多數(shù)是由于雙星或多星引起的。因?yàn)榇筚|(zhì)量恒星往往處在雙星系統(tǒng)甚至是多星系統(tǒng)中，超過70%的大質(zhì)量恒星處于密近雙星系統(tǒng)，隨著演化都會(huì)與其伴星產(chǎn)生物質(zhì)交流。而這種密近雙星很難在測(cè)光上分開。因此我們看到的O型星光譜其實(shí)是兩顆或多顆星的混合光譜。

我們很難從其光譜類型中直接推導(dǎo)出O型星的質(zhì)量。對(duì)于常見的F、G、K型星來說，如果知道其光譜類型，其質(zhì)量和演化狀態(tài)基本上就能定下來。但對(duì)于O型星來說，光譜類型只能對(duì)應(yīng)著一個(gè)很大的質(zhì)量范圍。

LAMOST新發(fā)現(xiàn)135顆O型星

O型星在主序階段(指恒星內(nèi)部發(fā)生熱核反應(yīng)燃燒氫元素并保持穩(wěn)定的階段)光度能變化約0.2—0.4dex，但過了主序之后，其光度變化幅度非常小。也就是說，一顆處于演化晚期的O型星，其光度與主序光度相差不大。因此一個(gè)O型星的光度幾乎主要由其初始質(zhì)量決定，而與其所處的演化階段關(guān)系不大。

一顆小于25倍太陽質(zhì)量的O型星，可以演化到紅超巨星(RSG)。但是由于金屬豐度越大星風(fēng)越強(qiáng)，就越容易把外包層吹掉，所以金屬豐度越低，外包層越容易保留，進(jìn)而越容易演化到紅超巨星階段。

當(dāng)然，自轉(zhuǎn)也會(huì)影響O型星演化。自轉(zhuǎn)對(duì)大質(zhì)量恒星演化很重要。因?yàn)楦咚僮赞D(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致大質(zhì)量恒星內(nèi)部的物質(zhì)混合，進(jìn)而把外面新鮮的氫帶入核心區(qū)域，從而改變恒星的演化軌跡，同時(shí)也延長(zhǎng)了恒星的壽命。

O型星死亡時(shí)會(huì)成為核塌縮超新星。我們可以通過確定這些超新星爆炸的前身，來了解和約束大質(zhì)量恒星的演化模型和超新星爆炸機(jī)制。

O型星非常稀少，據(jù)估計(jì)，銀河系內(nèi)只有幾萬顆O型星。當(dāng)今最大的O型星星表庫也只包含了590顆O型星，這是人類積攢了上百年的觀測(cè)成果。而郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)一次性就發(fā)現(xiàn)135顆新的O型星，極大地豐富了當(dāng)前的星表庫。基于LAMOST的O型星表，科學(xué)家找到了目前銀河系自轉(zhuǎn)速度最快的恒星，自轉(zhuǎn)速度最快的O型氮超豐矮星，也第一次給出了氮超豐O型星的起源解釋。

O型星的一些性質(zhì)和我們常見的F、G、K型星有很大的不同。LAMOST等望遠(yuǎn)鏡獲得的巡天光譜數(shù)據(jù)和將來中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡低色散光譜將會(huì)幫助我們更加深入地了解O型星及其演化。

(作者系中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副研究員 李廣偉)

關(guān)鍵詞： O型星 最熱恒星 嬰兒時(shí)期 壽命短