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A型主序星

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參見：恆星光譜 § A型
藝術家對聯星天狼星A和天狼星B的印象。天狼星A是一顆A型主序星，是兩者中較大的一顆。

A型主序星（AV星）或A矮星），也稱白色主序星，是一顆主序星（燃燒氫的恆星），分類上屬於光譜類型A和光度類別V（數字的五）。這類恆星的光譜由強氫巴耳末吸收線定義[1]。它們的質量在1.4 到 3.1太陽質量之間，表面的溫度在7,600到10,000K之間，壽命大多在4—30億年。[2][3][4][5][6]著名的A型主序星有天狼星A（A1V）、牛郎星（A7V）、織女星（A0V）、北落師門（A3V）、五帝座一（A3V）、北河二（A1V）、大熊座ι（A7V）和老人增四（A6V）等。A型主序星沒有對流層，因此不會有明顯的磁發電機和耀斑活動；此外，由於它們沒有強烈的恆星風，它們缺乏產生X射線發射。[7][8][9]A型主序星在恆星中的占比大約為0.625%[10]。

光譜標準星

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典型A型主序星的性質[11][12][13][14][15]
光譜
類型 		質量 (M☉) 半徑 (R☉) 光度 (L☉) 有效
溫度
(K) 		色
指數
(B − V)
A0V 2.18 2.193 38.02 9,700 0.00
A1V 2.05 2.136 30.90 9,300 0.04
A2V 1.98 2.117 23.99 8,800 0.07
A3V 1.93 1.861 16.98 8,600 0.10
A4V 1.88 1.794 13.49 8,250 0.14
A5V 1.86 1.785 12.30 8,100 0.16
A6V 1.83 1.775 11.22 7,910 0.19
A7V 1.81 1.750 10.00 7,760 0.21
A8V 1.77 1.747 9.12 7,590 0.25
A9V 1.75 1.747 8.32 7,400 0.27

修訂後的耶基斯圖集系統[16] 列出了A型光譜矮星標準恆星的密集網格，但並非所有這些恆星都作為標準倖存至今。A型主序矮星中MK光譜分類系統的「錨點」和「匕首標準」，即那些多年來保持不變並可以考慮定義該系統的標準恆星，是織女星（A0 V）、天璣（大熊座γ，A0 V）和北落師門（南魚座α，A3 V）[17][18]。摩根（Morgan）和基南（Keenan）對MK分類的開創性回顧（1973）[18]沒有在A3 V和F2 V類型之間提供任何匕首標準。HD 23886在1978年被建議為A5 V的標準[19]。

理查·格雷（Richard Gray）和羅伯特·加裡森（Robert Garrison）在1987年和1989年的兩篇論文中提供了對A矮星光譜序列的最新貢獻[20][21]。他們列出了各種快速和緩慢旋轉的A型矮星光譜標準，包括HD 45320（A1 V）、HD 88955（A2 V）、長蛇座2（A7 V）、小獅座21（A7 V）和鯨魚座44（A9 V）。除了摩根的論文和格雷與加里森論文提供的MK標準外，人們偶爾也會看到獅子座δ（A4 V）被列為標準。沒有公佈的A6 V和A8 V標準星。

摩根-肯納光譜分類。

晚A型主序星與早F型主序星之間的界限相對比較模糊，A9V–F0V 處的判據（巴耳末系逐漸變弱、Ca II K 線與金屬線群逐漸變強、再疊加恆星自轉展寬與金屬豐度差異）會讓不同觀測與分類者出現1個子型左右的分歧。與一些「有硬判據」的邊界（如O/B分界線最初由He II 線的出現/消失界定，後來則明確修補為波長438.7奈米的譜線強度比420.0奈米強的歸類為B0型，反之為O9型）等相比，A/F的分界確實更主觀一些。[22][23][24]

壽命和行星系統

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已發現的A型恆星大多很年輕（很多只有幾億年的年齡，但嚴格來說相當一部分恆星的年齡並不是很確定，且在估算年齡方法上往往偏保守[25][26]），並且許多A型恆星發出的紅外線（IR）輻射超出了預期值。這種紅外過量可歸因於能形成行星的岩屑盤塵埃發射[27]。 調查表明，大質量行星通常在A型恆星周圍形成，然而這些行星很難使用都卜勒光譜方法探測到。這是因為A型恆星通常旋轉得非常快，因此譜線非常寬，使得很難量測由軌道上的行星引起的微量都卜勒頻移[28]。然而，這種類型的大質量恆星最終演化成一個更冷的紅巨星，在接近或達到次巨星和紅巨星階段時大多已經自轉速度大幅減慢，因此可以使用逕向速度法進行測量[28]。截至2011年初，在演化的K巨星周圍發現了大約30顆類木星行星，包括北河三（雙子座β）、少衛增八（仙王座γ）和左樞（天龍座ι）。圍繞各種恆星的都卜勒調查表明，已發現的大約每6顆質量是太陽兩倍的恆星中就有1顆被一顆或多顆木星大小的行星繞行著，而已發現的類太陽恆星的軌道上只有1/16[29]。

已知有行星圍繞特徵的A型近地恆星包括HD 15082、老人增四（繪架座β）、 HR 8799、HD 95086和HD 133112（WASP-189）等[30][31]，北落師門是否有明確行星存在爭議。

一些中文資料顯著低估了比太陽質量更大的恆星的壽命（例如認為A型主序星的壽命上限只有10億年，認為F型主序星的壽命上限只有40億年，都過度低估），且高估了這些恆星的紫外輻射問題（恆星自轉等因素會削弱宜居帶受到的各種輻射）。A型主序星的質量通常在太陽的1.4倍至3.1倍左右，而F型主序星的質量上限在太陽的約1.7倍左右（質量上限和下限均受金屬豐度和恆星年齡兩方面因素影響），太陽壽命約105億年，但簡化為約100億年來計算[32]，按照恆星壽命反比於質量的2.5次方來計算（即使按3次方來計算也上限遠不止10億年，而且對於碳氮氧循環為主的恆星而言，應該反比於質量的2.5次方而非3次方），處在A/F邊界的約1.7倍太陽質量（金屬豐度與太陽相當）的A9V恆星的基礎壽命為約26.5億年，處在B/A邊界的約3倍太陽質量的A0V恆星（金屬豐度與太陽相當）的基礎壽命為約6.4億年。戴森球計劃中則將A型主序星的壽命描述為10億年至30億年[33]（但遊戲僅供參考），天文研究資料例如astro.vaporia.com將A型主序星的壽命計算為15億年至40億年[6]（可能高估平均值）。

除質量所對應的基礎壽命以外，恆星的金屬豐度高（一些中文資料稱金屬豐度高會減壽是錯誤的，金屬豐度高會增加恆星的不透明度而降低核融合速率，同等質量下光譜/表面溫度和亮度均偏暗，中等質量恆星顯著延壽，小質量恆星本來就核融合過慢因此僅較低比例延壽，大質量恆星可能減壽）和恆星自轉速度快（一些中文資料稱自轉速度快會減壽是錯誤的，自轉速度越快則促進恆星的中外層的氫進入核心層的碳氮氧循環中以提高氫利用率以延壽，從F型主序星開始有明顯效果，對A/B型主序星效果最好；而完全對流的小質量恆星全體進行質子—質子鏈反應因此無法再提高氫利用率，晚G/K/早M型主序星不完全對流因此存在對氫的浪費、但是它們只依靠質子—質子鏈反應因此核心層的氫離子濃度遠高於中外層，導致濃度差的壓力阻止通過自轉讓中外層的氫進入核心層、也延壽不明顯；金屬豐度越高則提高碳氮氧循環比重、增強自轉快的延壽效果和最低質量門檻）可以延長壽命、反之則縮短壽命。低金屬豐度、低自轉的B/A交界處的A型主序星壽命僅3~4億年，高金屬豐度、極快自轉的A7V、A8V、A9V主序星的理論壽命可以達到30—40億年（但多數只有20—30億年），高金屬豐度、極快自轉的光譜在A/F邊界來回波動的A-F主序脈動變星在理論上甚至可以延壽至40多億年到50億年以上，已經達到太陽系演化史（45.68億年）的長度[34]，但需要非常嚴格的約束條件和計算模擬。[26][35][36][37][38][39][40][41][42]

宜居性

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一顆光譜為A0V的恆星的宜居帶大約在 3.6—8 個天文單位，一顆光譜為A8V的恆星的宜居帶大約在 2.4—4.5 個天文單位。傳統觀點大多認為A型主序星壽命短且紫外輻射過強，因此不適合孕育生命；但21世紀的新研究表明，紫外輻射是一把雙刃劍，過強會破壞生態系統，過弱則不能驅動複雜有機物等的產生與演化（中等質量恆星的紫外輻射強於小質量恆星反而可能加速分子變異、並促進臭氧層的形成，甚至還可以給生命直接提供光解、體內合成特定分子的額外能量來源）[43][44][45][46][47]，只有0.8倍太陽質量至1.8倍太陽質量的恆星的紫外宜居帶和可見光宜居帶能夠重合（包括了部分晚A型主序星）[48]。2022年的新研究則指出，質量為太陽1.3倍至2.2倍的A型主序星和F型主序星在快速自轉的前提下，會使宜居帶比不自轉/慢自轉的等效恆星更靠近，高速自轉會導致重力昏暗，恆星的赤道面的重力減弱的同時，該面向的溫度和輻射則顯著低於恆星的兩極面（且恆星表層的赤道半徑會拉長，變成扁球形），行星軌道通常都在恆星的赤道面而非兩極面，減輕了宜居帶星球的紫外輻射（但如果行星軌道嚴重傾斜，則會導致紫外輻射的季節性周期變化）。[47]這意味著紫外宜居帶和可見光宜居帶重合的範圍上移到了2.2倍左右太陽質量的恆星，參考已知的A型恆星HD 166473的年齡確定至少有10億歲，其質量為太陽的2.29倍，且仍然處在主序星階段，也證明這個質量水平的恆星的壽命沒有某些理論中預測得那麼短、仍然有一定的演化能力。[49]

此外，非磁性（磁性指矽、鉻、鍶、銪等元素的極端富集，並非整體金屬豐度上升而是表面分層造成的「選擇性異常」且慢速自轉形成超強磁場；雖然恆星金屬豐度高和自轉速度快也會加重恆星風但對A/F星等程度較輕，畢竟宜居帶較為遙遠且恆星基礎活動偏溫和，只要恆星磁場不是很強就不要緊，大多數A星都是非磁性[50][51]）的A型主序星的宜居帶的恆星風問題和耀斑活動問題都是所有恆星分類中程度最輕的（F型主序星則居於第二位），僅從特定方面來看其實是核反應最穩定的恆星，也有利於天體演化。A型主序星其實並沒有常見誤解中的恆星各種活動過度劇烈等顯著不穩定因素，即使紫外輻射偏強也可以由重力昏暗和大氣層、磁場來沖抵，它的最大問題只在於，晚A型主序星的宜居帶能否在15—40億年的時間窗口內完成複雜的進化過程。[7][8][9][52][53][54][55][47]

例子

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40光年以內：

名稱 恆星
類型 		星座 vis Mag 質量
(M☉) 		半徑
(R☉) 		光度
(L☉) 		距離
(ly)
天狼星 A0mA1 Va 大犬座 −1.47 2.063 1.711 25.4 8.60 ± 0.04
牛郎星 A7 V 天鷹座 0.76 1.79 1.63–2.03 10.6 16.73
織女 A0 Va 天琴座 0.026 2.135 2.362 × 2.818 40.12 25.04
北落師門 A3 V 南魚座 1.17 1.91 1.84 16 25.1
五帝座一 A3 V 獅子座 2.14 1.78 1.73 15 35.8
壘壁陣四 A5 IV 摩羯座 2.83 2.0 1.91 11 38.6

壘壁陣四可能是一顆次巨星或巨星，牛郎星是一顆演化階段和年齡都有爭議的恆星（約1.86倍太陽質量，金屬豐度低，預計主序星階段壽命 15—20 億年，目前年齡約 12—14 億歲，可能略微偏離典型主序星階段，但尚未成為典型次巨星[56][57][58]）。天狼星則是地球夜空中最亮的恆星（也是金屬豐度顯著偏高的近鄰恆星）[59]。

相關條目

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參考資料

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