练成了吸星大法，但代价是什么呢︱蓝离散星的离奇星途

72年前的1953年，天文学家桑德奇（Allan Sandage）在期刊《天文学报》（Astronomical Journal）上发表论文[1]，他仔细统计分析了球状星团M3中的恒星在赫罗图中的分布，首次发现了一批在后来被称为「蓝离散星」（Blue Straggler Star，BSS）的特殊恒星。

这些蓝离散星「特殊」在哪呢？如果我们在宇宙中随机选取恒星，标记他们在赫罗图上的位置，会发现大部分恒星会落在一条倾斜的带状区域内，这个区域称为主序，在区域内的恒星就称为主序星。

赫罗图︱Wikipedia@Richard Powell

如果统计某个星团内恒星的赫罗图分布，也就是桑德奇的研究，理论上会是怎么样的呢？和随机取星不同的是，由于同一星团中的恒星诞生时间几乎一致，元素组成也相同，只有质量/光度上的区别。而质量越大的恒星停留在主序的时间越短，所以星团恒星不会全部落在主序上，主序上的恒星分布会在某个位置出现拐点。拐点之上的恒星由于质量更大，已经离开主序朝红巨星演化。

随着时间推移，同一星团的赫罗图主序拐点会逐渐下移，因为有更多恒星离开主序︱Pearson

以上是根据当前恒星演化理论所作的推导，那么实际情况又如何呢？桑德奇注意到，在球状星团M3的恒星赫罗图中，主序拐点之上并非一片空白，而是有一些零零散散的数据点，这些恒星按照其呈现的光度是本应离开主序的较大质量恒星，但如今却仍然停留在主序上。这些恒星的光谱相比同样质量的恒星更偏蓝，故桑德奇和另一位天文学家伯比奇（E. Margaret Burbidge）于1958年正式提出「蓝离散星」的概念来称呼这类似乎游走于恒星演化理论之外的特殊恒星[2]。

球状星团M3的恒星赫罗图，箭头处为蓝离散星︱参考文献[4]

蓝离散星的存在说明有一些恒星的演化进度要落后于同质量恒星，那么蓝离散星的形成是否如他的名字一样，需要一种游离于传统理论之外的解释呢？

首先来讨论一种很直观的可能性：既然与蓝离散星同质量的恒星已经朝红巨星演化，会不会有一种物理机制可以让红巨星「返老还童」回到主序呢？比如吸收其他恒星的物质？

首先，红巨星天生就没有吸积伴星质量的命。在双星系统中，红巨星往往是输质星（donor）而非吸积星（accretor），所以不是它吸伴星，而是伴星吸它。即便是通过一些极端手段让红巨星获得来自主序星的物质（比如将一颗太阳级别的主序星丢进红巨星），也不会改变红巨星脱离主序的事实。因为主序星与红巨星除了外观上的显著差异，一个本质区别是恒星核心的氢是否已经消耗殆尽。

当一颗恒星核心的氢耗尽，就会进入下一个演化阶段︱Pearson

当一颗主序星核心的氢耗尽，核心处氢核聚变停止，氢聚变会在核心区外围继续。此时核心处充满了氢核聚变的产物氦，但核心温度不足以引发氦聚变，辐射压降低，流体静力平衡被打破，氦核会在引力作用下开始坍缩，释放引力势能，使得核心温度升高。

氦核形成后的恒星内部结构︱Pearson

更高的核心温度会加速核心外围仍在进行的氢聚变，产生能量的速度会超过原主序星阶段，因此在核心区外围，向外的辐射压会压倒向内的引力，使得恒星不参与聚变的外层物质膨胀并冷却，最终形成我们所见的红巨星。

流体静力平衡是恒星稳定存在的关键，当平衡被打破，恒星就会收缩或膨胀︱Pearson

想要逆转上述过程让红巨星回归主序星，唯一的办法是将恒星核心无法反应的氦拿走，补充新鲜的氢，让核心重启氢核聚变，但这无异于重造一颗恒星。过去曾经有数值模拟结果显示两颗等质量主序星碰撞有可能导致碰撞产物的物质完全均匀混合，使恒星回归零龄主序重新演化。但后续的研究又基本否定了这种可能性[3]。

看来在现实中并不存在从红巨星「逆生长」到主序星的可能性，那么蓝离散星到底是如何形成的呢？经过半个多世纪对蓝离散星的观测分析以及各种数值模拟，目前认为蓝离散星主要有三种形成机制，分别是双星并合（Binary merger）、恒星碰撞（Stellar collision）以及双星物质转移（Binary mass transfer）[4]。

蓝离散星的三种形成机制︱参考文献[4]

根据观测数据，目前在星团内发现的蓝离散星质量一般不会超过星团主序拐点质量的两倍，结合蓝离散星的形成机制，蓝离散星的前身恒星要么是两颗低于拐点质量的主序星碰撞/并合而成，要么是一颗主序星一颗红巨星，主序星吸积红巨星物质变为蓝离散星，红巨星失去外层物质后内核继续演化为白矮星等致密天体。

蓝离散星在不同环境下的性质汇总︱参考文献[4]

过去一些科普喜欢给蓝离散星打上「返老还童」、「吸血续命」一类的标签，这不仅容易引发歧义，而且与事实相悖。

蓝离散星和已经离开主序的同质量恒星相比确实更显「年轻」，但蓝离散星是通过合并或吸积达到当前质量的，对比在诞生时就拥有相同质量的恒星，两种恒星看似可以根据质量大小视为有一致的演化路径，但它们实际经历的天体物理过程截然不同，相互间也不存在转化的可能。

跟前身恒星相比，蓝离散星本质上是从一颗较低质量的主序星变成了较高质量的主序星，由于质量增大，停留在主序的时间反而会缩短，也会更快走完恒星的一生。如果把离开主序看作是恒星「衰老」的开始，蓝离散星会比前身恒星更早衰老和死亡。

参考&拓展

[1]https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1953AJ

[2]https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1958ApJ...128..174B

[3]新宇,邓李才,梁艳春.蓝离散星研究现状(Ⅰ):形成机制[J].天文学进展,2006,(02):129-141.

[4]https://arxiv.org/abs/2410.10314

往期热门