宇宙中的“速逃星”，为何突然逃逸了？

出品：科普中国

作者：郭彦君（中国科学院云南天文台）

监制：中国科普博览

编者按：为揭开科技工作的神秘面纱，科普中国前沿科技项目推出“我和我的研究”系列文章，邀请科学家亲自执笔，分享科研历程，打造科学世界。让我们跟随站在科技最前沿的探索者们，开启一段段充满热情、挑战与惊喜的旅程。

在浩瀚无垠的宇宙舞台上，星辰如沙，而早型速逃星（Early-type Runaway Stars）则是这片星海中最为神秘莫测的旅者。它们如同被宇宙巨手猛然掷出的飞镖，以令人咋舌的速度划破寂静的虚空，留下一道道耀眼而短暂的轨迹。这些星辰大多诞生于银河系的繁忙角落，或许是某个密集星团或星云的心脏地带，却在某种未知力量的推动下，挣脱了原有的引力束缚，踏上了孤独的流浪之旅。

何谓“早型速逃星”？

化学物质在燃烧时，物质中不同的温度、元素会呈现出独特的光谱和颜色。因此天文学家通过对天体的光谱分析，就能知道这个星体的元素组成及有效温度。根据有效温度的高低，天文学家将恒星光谱分为O、B、A、F、G、K、M以及R、N和S型。

通常，O、B、A型这些有效温度较高的星被称为“早型星”，有效温度较低的K、M型星称为“晚型星”。

其余称为“中间型星”，大约30%的O型星和5%-10%的B型星，通常以大于30-40 km/s的本动空间速度在银河系中运动，差不多是火箭速度的1000倍，远超过大部分恒星正常的运动速度。这些星星就是所谓的“速逃星”。速逃星，或者称之为“宇宙中的急速逃亡者”，是一种特殊的恒星，它们不像大多数恒星那样稳定地围绕银河中心运动，而是以很高的速度，迅速离开它们的诞生之地。

为何早型速逃星如此重要？

速逃星的形成机制研究对我们理解超新星爆炸模型、特殊双星系统、双星演化等具有重要意义。速逃星的形成机制主要可以归结为两种。一种是双星超新星图景（如图1），当两颗恒星靠得非常近时，就会结合成为一个相互绕转的双星伙伴。

图1：速逃星的双星超新星形成途径

（图片来源：参考文献1）

在这对伙伴中，当质量更大的恒星在经历非对称核坍缩超新星爆炸时，其伴星会被抛射出从而形成速逃星。此外，在密集的星团中，星星们如同社交舞会上的参与者，不断地互相穿梭交错。在这种高密度的环境中，多体系统的复杂相互作用可以意外地将某些星星推出原本的舞台，成为穿越银河系的独行侠（动力学抛射图景见图2）。

图2：速逃星的动力学弹射途径

（图片来源：ESA/Hubble Media）

LAMOST全称为“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”，又称“郭守敬望远镜”，是由中国科学院国家天文台承担研制的我国自主创新的、世界上口径最大的大视场兼大口径及光谱获取率最高的望远镜，可以获取大量光学光谱。

Gaia为盖亚全天天体测量干涉仪（Global Astrometric Interferometer for Astrophysics）的简写，是欧洲空间局最重要的项目之一，它的问世将人类的天体测量精度大幅提升，也将为解决与银河系的起源、结构和演化历史有关的一系列重要问题提供所需的数据。

基于最新观测设备获取的大量样本数据，速逃星的面貌也在天文学家的眼前更加清晰。在过去的观测研究中，已有一些速逃星被发现但是多数样本缺乏一致性视向速度的测量信息，本次发现的229颗早型速逃星是目前已知基于Gaia天测数据速逃星研究中，具有一致性视向速度且数量最大的样本。

视向速度在天文学中通常也被称为径向速度（Vr），是指物体（如天体）在观察者视线方向上的运动速度。这一速度分量反映了物体朝向或远离观察者的动态特性。视向速度、切向速度、共同构成了空间速度，对于研究天体的运动规律、探索宇宙的结构和动力学特性具有重要意义。而投影自转速度可以用于推断天体的真实自转速度。

根据这批样本的投影自转速度和空间速度分布，研究人员发现，在该样本中，大部分速逃星具有较小的投影自转速度和空间速度，但几乎没有同时具有较大的投影自转速度和空间速度的速逃星（如图3）。这一特征可能与速逃星的形成途径密切相关。

图3：速逃星本动空间速度与投影自转速度的关系

（图片来源：参考文献2）

研究人员进一步探究了速逃星样本在银河系中的空间位置分布，发现大多数速逃星可能位于银河系薄盘内。通过对该样本中具有多次视向速度测量值的速逃星进行轨道分析，研究人员还发现了两颗可能是速逃星双星的样本，其轨道周期分别为40天和61天。

结语

速逃星在研究银河系结构和超新星爆炸等前沿课题中扮演着重要角色。接下来，研究人员还将基于这些更具统计意义的参考样本，继续研究速逃星的起源。随着天文观测技术的不断进步和数据分析能力的持续提升，我们将会有能力去穿透星际尘埃，捕捉那些遥远星系最微弱的光芒，将海量的天文数据转化为揭示宇宙奥秘的金钥匙。终有一天，速逃星的奥秘将被我们逐一揭开，成为连接恒星演化、星系动力学乃至宇宙大尺度结构的关键桥梁。

参考文献：

1.Renzo, M., Zapartas, E., de Mink, S. E., et al.2019, A&A, 624, A66.

2.Guo, Y., Wang, L., Liu, C., et al. 2024, ApJS.