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紅矮星

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（重定向自M型主序星）
藝術家筆下的紅矮星，也是太陽附近最常見的恆星類型

紅矮星，也就是M型主序星（MV），根據赫羅圖，「紅矮星」在眾多處於主序階段的恆星當中，其大小及溫度均相對較小和低，在光譜分類方面屬於M型。其温度通常为2400K至3500K。[1]红矮星在宇宙中的占比略多于70%，质量在0.079倍—0.6倍太阳质量。[2]

特徵

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紅矮星占恆星比例中的較多數。大多數紅矮星的直徑及質量均低於太陽的三分之一，表面溫度也低於3,500 K。釋出的光也比太陽弱得多，有時更可低於太陽光度的萬分之一。又由於內部的氫元素核聚變的速度緩慢，因此它們也擁有較長的壽命。质量低于0.35太阳质量的红矮星会有充分的对流（受金属丰度影响，金属丰度高会大量吸收光子、于是恒星内部温度扩散更困难反而加剧温差导致更容易触发对流，从而提高质量下限，极高金属丰度下0.37~0.4倍太阳质量也能完全对流[3][4]），氦元素会在恒星内部均匀分布，而不会在核心累积，因此紅矮星不會膨脹成紅巨星，而是会转变成蓝矮星，直至氫氣耗盡时变成白矮星。它们保持稳定的光度和光谱的寿命在数百亿年至十几万亿年，由于现在宇宙的年龄有限，还没有红矮星发展到之后的阶段。[5][6][7]

圖左的紅矮星，體積比右方的太陽小得多

此外人們又發現，不含「金屬[註 1]」的紅矮星只佔很少的一部分，而根據「大爆炸」理論的預測，第一代恆星應只擁有氫、氦及鋰元素，如果這些早期恆星包括紅矮星，那么這些「純正」的紅矮星至今理应能繼續觀測得到，然而事實卻不然，含有「金屬」的恆星佔了紅矮星的大多數。因此在宇宙形成時，能發光的第一代恆星定擁有超高質量，因為它們極短的壽命在經過超新星爆發後，重元素得以產生，成為形成低質量恆星基本的構成。

宇宙眾多恆星中，大約73%左右為紅矮星，佔了大多數，是宇宙中最常見的星體。[8] 在銀河系中紅矮星也是大多數，离太阳最近的65颗恒星中有50颗是红矮星。[9]例如離太陽最近的恆星，半人馬座的南門二比鄰星，便是一顆紅矮星，其光譜分類為M5，視星等11.0。

行星系統

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至2005年，人們首度在紅矮星身上，發現有太陽系外行星圍繞旋轉，第一顆行星的質量與海王星差不多，日距約為600萬公里（0.04天文單位），其表面溫度約為攝氏150°C。2006年，人們又發現一顆與土星差不多的行星繞著另一顆紅矮星旋轉，這顆行星的日距為3.9億公里（2.6天文單位），表面溫度為攝氏零下220°C。

红矮星从M3V（约0.3倍至约0.35倍太阳质量）开始，辐射层开始彻底消失，变成完全对流的结构，耀斑活动在所有恒星光谱中最为剧烈（就耀斑活动本身而言是M3V至M6V最为严重，M7V至M9V在等距离下程度稍轻但宜居带距离更近从而实际破坏性可能更大，从K型主序星末段一直到M2V、少数M3V则属于辐射层逐渐消失而耀斑逐渐增强的过渡状态），只要磁场不稳定就迅速对外界输出强烈的紫外辐射和X射线，一旦爆發超大閃焰，威力最严重时，等距离下是太阳的10多倍至300多倍，再考虑上宜居带的距离比太阳的宜居带近得多，最极端情况下是太阳的宜居带的17万倍以上（例如著名的TRAPPIST-1，光谱为M8V）[10][11][12][13][14][15][16]；若行星無強大磁場保護，即使有大氣層也會被吹散；红矮星的宜居带的恒星风也比B、A、F、G、K型主序星都要严重，几乎和超大质量恒星相当的破坏性水平[17][18][19][20]。再加上潮汐鎖定造成永晝跟永夜[20]，縱然換作穩定的已经有一定年龄的紅矮星，大氣層仍可能從行星永晝面高溫消耗掉[21][20]。此外21世纪的一些新研究强调孕育生命的恒星的可见光宜居带与紫外光宜居带必须重合，即使是K型主序星也只有少数勉强符合要求，红矮星则更不用说[22][23]。所以尽管红矮星的寿命极长，但其宜居性争议很大，可以不完全排除少数相对温和的早M型主序星（部分K型主序星和少数早M型红矮星在有利情况下，可以依靠正好适中的耀斑活动额外增加紫外辐射，使得紫外宜居带外延至与可见光宜居带重合）。[22][23]

離太陽最近的紅矮星

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太陽鄰近的恆星中，約85%左右為紅矮星，以下將列舉幾個:

半人馬座南門二比鄰星：為三合星系統，主星為G型主序星半人馬座α星A，第二顆為K型主序星半人馬座α星B，第三顆恆星，也就是比鄰星，為一顆M型紅矮星，目前發現有行星圍繞著比鄰星，比鄰星b，該行星位於紅矮星比鄰星適居帶內，距離地球4.2光年，是距離太陽最近的恆星系。

巴納德星：是一顆質量非常小的紅矮星，該恆星為英國天文學家愛德華·愛默生·巴納德於1916年發現的，有一顆行星圍繞著巴納德星，巴納德星b，該行星為一顆超級地球，距離地球約6光年。

沃夫359：一顆很小且黯淡的紅矮星，距離太陽7.7光年。

拉蘭德21185：距離地球約8.2光年，周圍可能有行星。

羅斯248：是一個移動中的紅矮星，它一直往太陽方向移動，約38000年後會比比鄰星更靠近太陽。

比鄰星：位於半人馬座，是半人馬座α三合星的第三顆星，依拜耳命名法也稱為半人馬座α星C，是距離太陽最近的一顆恆星（4.22光年），恆星分類屬於紅矮星。

參見

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引用

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  1. ^ Carroll, B. W., & Ostlie, D. A. An Introduction to Modern Astrophysics (2nd Ed.). Cambridge University Press, 2017.
  2. ^ Ledrew, Glenn. The Real Starry Sky. Journal of the Royal Astronomical Society of Canada. February 2001, 95: 32. Bibcode:2001JRASC..95...32L. 
  3. ^ Feiden, G.A., Skidmore, K., & Jao, W. (2020). Gaia Gaps and the Physics of Low-mass Stars. I. The Fully Convective Boundary. The Astrophysical Journal, 907.
  4. ^ Luhman, K.L. (2012). The Formation and Early Evolution of Low-Mass Stars and Brown Dwarfs. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 50, 65-106.
  5. ^ Reiners, A.; Basri, G. On the magnetic topology of partially and fully convective stars. Astronomy and Astrophysics. March 2009, 496 (3): 787–790. Bibcode:2009A&A...496..787R. arXiv:0901.1659 可免费查阅. doi:10.1051/0004-6361:200811450. 
  6. ^ Laughlin G., Bodenheimer P., Adams F. C. The End of the Main Sequence (en) // The Astrophysical Journal. — Bristol: IOP Publishing, 1997. — Vol. 482. — P. 420—432. — ISSN 0004-637X. — doi:10.1086/304125.
  7. ^ Adams F. C., Graves G. J. M., Laughlin G. Red Dwarfs and the End of the Main Sequence // Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica. — Mexico: Universidad Nacional Autónoma de México, 2004. — Vol. 22. — P. 46—49. — ISSN 0185-1101.
  8. ^ 宇宙中超3/4恒星均为红矮星 （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 科学网, 2014-03-06 09:39:11
  9. ^ 临近恒星列表
  10. ^ Hawley S S L , Pettersen B R .The great flare of 1985 April 12 on AD Leonis[J].Astrophysical Journal, 1991, 378(2):725-741.DOI:10.1086/170474.
  11. ^ Howard W S , Tilley M A , Hank C ,et al.The First Naked-Eye Superflare Detected from Proxima Centauri[J].Astrophysical Journal, 2018, 860(2):L30-.DOI:10.3847/2041-8213/aacaf3.
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  15. ^ James C , Wheatland M S , Kai Y .Superflare rate variability on M dwarfs[J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2024(1):1.DOI:10.1093/mnras/stae818.
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備註

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  1. ^ 在天文學裡，「金屬」是指氫和氦以外的重元素
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