早型星：年轻的大哥大？还是“魔星”的另一半？

出品：科普中国

作者：郭彦君（中国科学院云南天文台）

监制：中国科普博览

(相关资料图)

古人曾把一颗星光闪烁不已、发光时强时暗的星星称作“魔星”，直到英国的一名聋哑少年古德里克通过长期的观测，才发现它的奥秘：

原来这是一对彼此依偎的“双星”，一颗明亮，一颗昏暗。当较暗的那颗星星挡在“魔星”身前时，“魔星”的一部分光同时会被遮挡，于是人类在地球上观测到“魔星”变暗了。反之，当暗星被“魔星”遮挡时，我们会看到一颗更亮的“魔星”。

事实上，“魔星”并不是宇宙中的个例，而是普遍的情况，尤其对于早型星来说，更是普遍，大部分早型星都属于双星系统。

图1双星绕转示意图

（图片来源：space）

何谓“早型星”？

少年看到的星光，诉说着遥远的故事。星星的光学光谱包含着遥远天体丰富的物理信息，可以说是天体的“指纹”和“DNA”。化学物质在燃烧时，物质中不同的元素会呈现出独特的光谱和颜色。因此天文学家可以从天体的光谱中，得到元素组成，通过进一步分析甚至可以得到恒星的质量、磁场、自转、表面重力及运动状况。

恒星的有效温度不同，因此有不同的颜色。恒星有效温度越高，颜色越偏蓝，反之颜色则偏红。根据光谱的组成情况，按有效温度由高到低为序，天文学家将恒星光谱分为O、B、A、F、G、K、M以及R、N和S型。通常将O、B、A型这些温度较高的星称为“早型星”，将温度较低的K、M型星称为“晚型星”。其余称为“中间型星”。

图 2 OB型早型恒星的示意图

（图片来源：wikipedia）

如此命名，正是因为最初人们以为温度暗示了恒星形成的顺序，但后来发现早型星、晚型星并不代表恒星形成的早晚。不过，恒星也有出生、成熟、衰老和死亡的过程，但这个过程往往要经历几百万年甚至一百亿年以上。

恒星的质量关系到恒星的物理特性并决定着恒星的寿命长短和演化进程，质量大的恒星比质量小的恒星演化快。因此，同样年龄的恒星，可能早型星已经离开主序进入了“暮年”，而中晚型星还位于主序中，正是“风华正茂”。

为何早型星如此重要？

这里笔者给大家补充一个小知识点：致密天体是体积小而密度大的天体，包括白矮星、中子星和黑洞。宇宙中两个致密星体互相绕转时则会产生不为肉眼所见的引力波。

（图片来源：Veer图库）

由早型星组成的双星系统最终可能演化形成双中子星、黑洞-中子星、双黑洞等引力波源。因此，大质量双星的统计性质对于追踪大质量恒星的形成和限制双星星族性质至关重要。

黑洞

（图片来源：Veer图库）

LAMOST：无妨，我会出手

目前，大部分早型星观测样本来自于不同的观测，缺乏一致性观测样本，导致了早型星双星统计性质的研究结果存在较大偏差。而LAMOST为解决这个难题提供了宝贵的助力。

LAMOST全称为“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”，又称“郭守敬望远镜”，是由中国科学院国家天文台承担研制的我国自主创新的大视场兼大口径及光谱获取率最高的望远镜，可以获取大量光学光谱，为早型星的研究提供了难得的机遇。

中国科学院云南天文台郭彦君博士与合作者通过LAMOST DR8中886颗超过6次光谱观测的早型星样本，根据其有效温度、金属丰度和投影自转速度进行了分组研究，结合蒙特卡洛模拟的方法对观测数据进行了全面校正。

LAMOST与银河

（图片来源：国家天文台）

郭彦君博士与合作者的研究发现，这批样本早型星内禀双星比例随温度降低而降低，随着金属丰度的降低而降低：大质量O/B星的双星比例可以达到76%，而质量相对较小的B/A星的双星比例约为48%；金属丰度类太阳([M/H]>-0.1)的早型星双星比例为72%，而金属丰度较贫([M/H]<-0.5)的早型星双星比例为44%。

这时读者朋友可能会问了：什么是双星比呢？其实，双星比是决定宇宙中黑洞或中子星双星数目和空间分布的重要因素。观测上给出的双星比，可以作为理论内禀双星比下限，并限制理论双星模型。同时该成果可以作为双星星族合成的输入参数，进而理解致密双星的形成及演化。

编辑：孙晨宇