練成了吸星大法，但代價是什么呢︱藍離散星的離奇星途

72年前的1953年，天文學家桑德奇（Allan Sandage）在期刊《天文學報》（Astronomical Journal）上發表論文[1]，他仔細統計分析了球狀星團M3中的恒星在赫羅圖中的分布，首次發現了一批在后來被稱為「藍離散星」（Blue Straggler Star，BSS）的特殊恒星。

這些藍離散星「特殊」在哪呢？如果我們在宇宙中隨機選取恒星，標記他們在赫羅圖上的位置，會發現大部分恒星會落在一條傾斜的帶狀區域內，這個區域稱為主序，在區域內的恒星就稱為主序星。

赫羅圖︱Wikipedia@Richard Powell

如果統計某個星團內恒星的赫羅圖分布，也就是桑德奇的研究，理論上會是怎么樣的呢？和隨機取星不同的是，由于同一星團中的恒星誕生時間幾乎一致，元素組成也相同，只有質量/光度上的區別。而質量越大的恒星停留在主序的時間越短，所以星團恒星不會全部落在主序上，主序上的恒星分布會在某個位置出現拐點。拐點之上的恒星由于質量更大，已經離開主序朝紅巨星演化。

隨著時間推移，同一星團的赫羅圖主序拐點會逐漸下移，因為有更多恒星離開主序︱Pearson

以上是根據當前恒星演化理論所作的推導，那么實際情況又如何呢？桑德奇注意到，在球狀星團M3的恒星赫羅圖中，主序拐點之上并非一片空白，而是有一些零零散散的數據點，這些恒星按照其呈現的光度是本應離開主序的較大質量恒星，但如今卻仍然停留在主序上。這些恒星的光譜相比同樣質量的恒星更偏藍，故桑德奇和另一位天文學家伯比奇（E. Margaret Burbidge）于1958年正式提出「藍離散星」的概念來稱呼這類似乎游走于恒星演化理論之外的特殊恒星[2]。

球狀星團M3的恒星赫羅圖，箭頭處為藍離散星︱參考文獻[4]

藍離散星的存在說明有一些恒星的演化進度要落后于同質量恒星，那么藍離散星的形成是否如他的名字一樣，需要一種游離于傳統理論之外的解釋呢？

首先來討論一種很直觀的可能性：既然與藍離散星同質量的恒星已經朝紅巨星演化，會不會有一種物理機制可以讓紅巨星「返老還童」回到主序呢？比如吸收其他恒星的物質？

首先，紅巨星天生就沒有吸積伴星質量的命。在雙星系統中，紅巨星往往是輸質星（donor）而非吸積星（accretor），所以不是它吸伴星，而是伴星吸它。即便是通過一些極端手段讓紅巨星獲得來自主序星的物質（比如將一顆太陽級別的主序星丟進紅巨星），也不會改變紅巨星脫離主序的事實。因為主序星與紅巨星除了外觀上的顯著差異，一個本質區別是恒星核心的氫是否已經消耗殆盡。

當一顆恒星核心的氫耗盡，就會進入下一個演化階段︱Pearson

當一顆主序星核心的氫耗盡，核心處氫核聚變停止，氫聚變會在核心區外圍繼續。此時核心處充滿了氫核聚變的產物氦，但核心溫度不足以引發氦聚變，輻射壓降低，流體靜力平衡被打破，氦核會在引力作用下開始坍縮，釋放引力勢能，使得核心溫度升高。

氦核形成后的恒星內部結構︱Pearson

更高的核心溫度會加速核心外圍仍在進行的氫聚變，產生能量的速度會超過原主序星階段，因此在核心區外圍，向外的輻射壓會壓倒向內的引力，使得恒星不參與聚變的外層物質膨脹并冷卻，最終形成我們所見的紅巨星。

流體靜力平衡是恒星穩定存在的關鍵，當平衡被打破，恒星就會收縮或膨脹︱Pearson

想要逆轉上述過程讓紅巨星回歸主序星，唯一的辦法是將恒星核心無法反應的氦拿走，補充新鮮的氫，讓核心重啟氫核聚變，但這無異于重造一顆恒星。過去曾經有數值模擬結果顯示兩顆等質量主序星碰撞有可能導致碰撞產物的物質完全均勻混合，使恒星回歸零齡主序重新演化。但后續的研究又基本否定了這種可能性[3]。

看來在現實中并不存在從紅巨星「逆生長」到主序星的可能性，那么藍離散星到底是如何形成的呢？經過半個多世紀對藍離散星的觀測分析以及各種數值模擬，目前認為藍離散星主要有三種形成機制，分別是雙星并合（Binary merger）、恒星碰撞（Stellar collision）以及雙星物質轉移（Binary mass transfer）[4]。

藍離散星的三種形成機制︱參考文獻[4]

根據觀測數據，目前在星團內發現的藍離散星質量一般不會超過星團主序拐點質量的兩倍，結合藍離散星的形成機制，藍離散星的前身恒星要么是兩顆低于拐點質量的主序星碰撞/并合而成，要么是一顆主序星一顆紅巨星，主序星吸積紅巨星物質變為藍離散星，紅巨星失去外層物質后內核繼續演化為白矮星等致密天體。

藍離散星在不同環境下的性質匯總︱參考文獻[4]

過去一些科普喜歡給藍離散星打上「返老還童」、「吸血續命」一類的標簽，這不僅容易引發歧義，而且與事實相悖。

藍離散星和已經離開主序的同質量恒星相比確實更顯「年輕」，但藍離散星是通過合并或吸積達到當前質量的，對比在誕生時就擁有相同質量的恒星，兩種恒星看似可以根據質量大小視為有一致的演化路徑，但它們實際經歷的天體物理過程截然不同，相互間也不存在轉化的可能。

跟前身恒星相比，藍離散星本質上是從一顆較低質量的主序星變成了較高質量的主序星，由于質量增大，停留在主序的時間反而會縮短，也會更快走完恒星的一生。如果把離開主序看作是恒星「衰老」的開始，藍離散星會比前身恒星更早衰老和死亡。

參考&拓展

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

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

[3]新宇,鄧李才,梁艷春.藍離散星研究現狀(Ⅰ):形成機制[J].天文學進展,2006,(02):129-141.

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

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