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作者：马啸然
校对：牧夫天文校对组
后期：库特莉亚芙卡 李子琦
责任编辑：王启儒
引言
大质量恒星是初始质量大于8 倍太阳质量的恒星, 其上限可达数百倍太阳质量. 它们被视为宇宙中的引擎, 其光芒为恒星系提供了大部分的光度. 强烈的辐射导致大质量恒星的许多特性: 它们由辐射压力主导, 具有接近爱丁顿光顾的光度, 并由于强烈的辐射而遭受非常强烈的质量损失.
气泡星云(NGC 7635), 45 倍太阳质量
Credits: Hubble space telescope
01
什么是OB星？
OB星是宇宙中质量最大的一群恒星, 寿命非常短, 因此距离它们诞生的地区不会很远. 它们通常有数十个太阳那么大, 但是它们的一生也只有太阳寿命的零头而已.
不同类型恒星参考示意图
Credits: Wikipedia
其中的O型星是最热最亮的一类, 它们的温度高达30,000 K以上, 在光谱中表现出强烈的He+线. B型星相比之下更小一些,温度在11,000 - 30,000 K之间, 光谱中包含强烈的He线和较弱的H线. 它们的一生中都会发出非常强烈的辐射, 这导致OB星具有一些独特的特征: 接近爱丁顿光度和强烈的质量损失. 下面我们就来一一讲解这些特点以及特点出现的原因.
02
为什么说OB星是辐射主导的？
简单来说, OB星的高质量决定了它们的高辐射. 由恒星的中心压力-密度关系表达式:
及恒星的总压力表达式:
可以得到恒星中心的压力比值(辐射压力和气体压力的比例)为:
其中的是辐射压力和气体压力的比值, 这个数值越大, 代表中心压力主要为辐射压力构成.
带入相关数值, 我们可以得到一个有趣的结论:
也就是说, 在平均分子质量约为0.6时, 一个质量差不多为150倍太阳质量的恒星的压力主要来源就会变成辐射压力.
位于大麦哲伦星云中的蜘蛛星云
Credits: ESO
03
为什么OB星能够接近爱丁顿光度？
爱丁顿光度(或爱丁顿极限), 指的是是吸积天体所能达到的最大光度. 天体在吸积周围介质的同时发出辐射, 当吸积物质累积到一定程度, 辐射压(光压)会阻止物质进一步下落. 此时天体作用在一个粒子上向内的引力与其受到向外的辐射压力达到平衡, 这种平衡被称为流体静力平衡.
爱丁顿光度示意图, 重力与辐射压平衡
Credits: 千葉大学
如果我们用爱丁顿光度来表达OB星的光度, 则有表达式:
其中κe和κs代表电子引起的不透明度和恒星的总不透明度, 对于OB星来说, 不透明度主要是由于电子散射引起的, 所以上述表达式中的不透明度比值将会接近1. 而在上一部分我们说明了OB星的压力来源主要是辐射压力, 所以表达式括号中的微分部分足够小.
结合以上观察, 我们可以得到:
总结
Summarize
在文中我们了解了什么是OB星, 并尝试解释了为什么它们由辐射主导, 并可以拥有接近爱丁顿光度的光度. 回看所有相关OB星的现象, 我们会发现所有这些大质量恒星的特殊特性都源于大质量恒星是辐射主导的这一事实.
以往全人类观测到的OB星总数也不过几万颗, 但近年来随着望远镜相关技术逐渐成熟, 我们捕捉到了更多它们的身影. 值得注意的是, 国家天文台的郭守敬望远镜(LAMOST)在探测OB星的工作中做出了巨大贡献.
『天文湿刻』 牧夫出品
微信公众号：astronomycn
初学者适用
Credits: Reddit
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