漫话恒星（6）

漫话恒星（6）

胡经国



（续前）

七、不稳定星

1、不稳定星概述

不稳定星，是指其各种物理参数发生变化的恒星。恒星各种物理参数变化的形式可能是“周期性的脉动”，也可能是“不规则的迸发或者爆炸”。在其各种变化的物理参数中，最容易观测的就是亮度的变化。凡是有亮度变化（泛指电磁波辐射的变化，不局限于可见光）的恒星，被叫做“变星”。虽然“食双星”的亮度也有变化，但是它不是由于恒星自身物理原因引起的，因而它不能算做不稳定星。

2、脉动变星

脉动变星因为其亮度“像人的脉搏一样变化”而得名。脉动变星亮度变化的原因是星体有节奏的膨胀和收缩。这是主序星脱离主星序以后出现的一种“结构不稳定”的现象。这种胀缩只发生在星体的外层，其深层物质不参与胀缩；一般从距中心2/5处开始，越接近表层胀缩幅度越大。这种胀缩类似于气体活塞。星体内部每部分受到的引力和压力不平衡，就如同原本平衡的活塞被突然压缩以后的情况那样（没有摩擦）胀缩不已。在“混沌理论”发展以后，对于脉动变星的“不规则的混沌脉动”也能有很好的解释。

脉动变星的体积胀缩并不是永久的。以前研究认为，由于摩擦力的存在，参与脉动的星体物质脉动程度会越来越小，最终趋于稳定。据理论计算，在没有额外能量补充的情况下，大多数脉动变星经过5000～10000次脉动以后就该停止。但是，实际上对于各种类型的脉动变星，都没有观测到其脉动衰减的现象；尤其是“造父变星”，其“光变周期和振幅”都非常稳定。在20世纪50年代，前苏联科学家热瓦金提出了一种解释，他认为在脉动变星的大气层下，有一层由氢和氦离子组成的“电离区”，该区域内的物质在恒星收缩时保存能量，膨胀时释放能量。这种能量补给方式被称为“阀门效应”。由于阀门效应满足的条件非常苛刻，因而在恒星演化过程中脉动只是一种“阶段性行为”。

⑴、长周期变星（蒭藁型变星）

蒭藁（拼音：chugao）型变星的“光变幅度”大，“变化星等”可能达到6等，“光变周期”从80天到1000天不等。它们一般是“晚期巨星”，其光谱型为无定型。典型的是“蒭藁增二”（鲸鱼座o），其亮度变化范围从1.7等到10等，平均周期为332天。

⑵、造父变星

造父变星（Cepheid Variable Stars）是变星的一种，是一类高光度周期性脉动变星，也就是其亮度随时间呈周期性变化，它的光变周期（即亮度变化一周的时间）与它的光度成正比，因此可用于测量“星际”和“星系际”的距离。大多数这类变星在光度极大时为F型星（中等温度的热星）；在光度极小时为G型星（像太阳那样比较冷的星）。其典型星是仙王座δ。1784年，约翰－古德利发现了它的光变现象；1912年，哈佛天文台的勒维特发现了上述造父变星的周期－光度关系。

造父变星可分为两类：长周期造父变星；短周期造父变星（或天琴RR型星、星团变星）。

造父变星因其典型星“仙王座δ”（中文名：“造父一”）而得名。由于根据“造父变星周光关系”可以确定星团、星系的距离，因而造父变星被誉为“量天尺”。

①、长周期造父变星（仙王座δ型变星）

凡是“光变周期”为1～135天，周期非常稳定的脉动变星，都被归类为“长周期造父变星”。它们是黄色的巨星或者超巨星；其质量为太阳的几倍到几十倍左右。这种变星常见于“星系的旋臂”中，通常被认为是年轻的巨大恒星穿过“不稳定带”所形成的。其中典型是“造父一”（仙王座δ）。“造父一”的光变周期是5天8小时46分38秒，最亮3.6等，最暗4.3等。造父变星在河外星系中也能发现。值得一提的是，最早测定造父变星和大陵型变星的光变周期的人是古德利克。他是一位聋哑的业余天文爱好者，开创了变星的光度测量工作，在变星领域作出了突出贡献，去世时年仅22岁。

20世纪初，美国女天文学家李维特（H.S.Leavitt）发现了造父变星的“周（期）光（度）关系”：光变周期越长，光度就越大。这样，只要知道了造父变星的“周光关系”，利用“距离模数公式”就能知道它的距离。这种方法特别适用于测定“河外星系”的距离。造父变星因此被誉为“量天尺”。

②、短周期造父变星（室女座W型变星）

这种变星的“光变周期”小于1天；在银河系中常见于“银核”、“银晕”和“球状星团”中。通常它被认为是低质量恒星在演化末期核心产能不稳定而形成的产物；但是其仍然具有数百倍到数千倍太阳光度。它们的“光变曲线”与长周期造父变星有所不同。

⑶、天琴座RR型变星

这种变星的数量约占脉动变星总数的1/4。其光变周期为0.05～1.2天，变幅不大于1～2等。这类变星的特点是光度相当稳定；但是在经过长时期以后，周期和光变曲线会发生变化。

⑷、盾牌座δ型变星

这种变星光变幅度不超过0.25等，光变周期小于1天，光变曲线每周期都不相同。这类变星一般是A0至F5的主序星或巨星。其中典型的是“盾牌座δ型变星”。这类变星通常被归类为“天琴座RR型变星的变种。

（未完待续）





2