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O型星:一生逃不出“襁褓”的最熱恒星
發(fā)布時間:2021-07-29 來源:鄂州市科學技術協(xié)會

O型星的壽命非常短,一個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。這個分類序列也代表著一個溫度序列,其中O型星溫度最高,而M型星溫度最低。隨著觀測技術的發(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)人對恒星的認識,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,光度至少是幾萬個太陽光度,與我們常見的F、G、K型星相比,O型星有自己獨特的性質(zhì)。

嬰兒時期的O型星很難被發(fā)現(xiàn)

O型星光度的劃分標準,與我們常見的F、G、K型星的劃分標準有本質(zhì)的不同:O型星的光度是根據(jù)星風強弱劃分,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。但對于O型星來說,當中心氫仍然在燃燒時,其表面星風有可能已經(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準看,此時它應該是矮星。

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。這是因為O型星的輻射主要是在紫外波段,溫度的增加不會明顯影響其可見光波段的顏色。

O型星的壽命非常短,一個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?;璋登翌伾芗t,看起來與常見的F、G、K型星類似,僅通過測光顏色無法把O型星從眾多的銀盤場星中分辨出來。

O型星光譜即使是在矮星階段短時間內(nèi)常常也會發(fā)生變化。這種變化多數(shù)是由于雙星或多星引起的。因為大質(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),隨著演化都會與其伴星產(chǎn)生物質(zhì)交流。而這種密近雙星很難在測光上分開。因此我們看到的O型星光譜其實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出O型星的質(zhì)量。對于常見的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。但對于O型星來說,光譜類型只能對應著一個很大的質(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越強,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,進而越容易演化到紅超巨星階段。

當然,自轉也會影響O型星演化。自轉對大質(zhì)量恒星演化很重要。因為高速自轉會導致大質(zhì)量恒星內(nèi)部的物質(zhì)混合,進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,同時也延長了恒星的壽命。

O型星死亡時會成為核塌縮超新星。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制。

O型星非常稀少,據(jù)估計,銀河系內(nèi)只有幾萬顆O型星。當今最大的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成果。而郭守敬望遠鏡(LAMOST)一次性就發(fā)現(xiàn)135顆新的O型星,極大地豐富了當前的星表庫?;贚AMOST的O型星表,科學家找到了目前銀河系自轉速度最快的恒星,自轉速度最快的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等望遠鏡獲得的巡天光譜數(shù)據(jù)和將來中國空間站望遠鏡低色散光譜將會幫助我們更加深入地了解O型星及其演化。

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