王良策馬：大質量恒星翻起的“銀河浪花”

陳學鵬

“心魂”星云

在秋季北方的夜空中，一個“W”形的星座格外引人注目，這就是星空里著名的“王冠”——仙后座。在西方的神話故事里，她是埃塞俄比亞的王后;而在中國古天文中，這里是馬車夫王良為天子策馬御車在閣道上飛馳的星官。

《史記·天官書》曰：“漢中四星，曰天駟。旁一星，曰王良。王良策馬，車騎滿野?！薄皾h”即“星漢”，是我國古代對銀河的稱謂，而高懸在四匹天馬前方的是王良手中揚起的馬鞭，叫作“策”星。王良的這條馬鞭，不僅讓四匹天馬風馳電掣，也激起了一朵絢麗的“銀河浪花”。

大質量恒星翻起的“銀河浪花”

“策”星即仙后座γ星（簡寫為γ Cas），位于仙后座的中點，是北天最亮的恒星之一。

γ Cas屬于B型主序星，是一類大質量恒星。大質量恒星可以通過強大的輻射電離周圍的原子和分子氣體，產生一個以氫離子和電子為主的熱氣體團，天文學家稱之為“電離氫區”。事實上，除了輻射以外，大質量恒星在演化過程中還可以通過外流、星風和爆發，不斷地將能量和物質反饋到星際空間。

像“策”星這樣的大質量恒星的各類反饋（外流、輻射、星風和爆發等），深刻地改變著星際介質的分布、結構、物理化學和動力學性質，驅動著星際介質的往復循環，也驅動著星系的不斷演化。

在下面這張來自美國宇航局寬視場紅外巡天探測器（WISE）拍攝的銀道面第二象限的部分天區的圖像中，隨處可見絢麗多彩的亮云、空腔和氣泡，它們多來自不同演化階段大質量恒星反饋的“杰作”，猶如一朵朵奔騰的“銀河浪花”。

大質量恒星的“課代表”

作為一顆亮星，γ Cas有著悠久的觀測歷史，并展現出神秘多變的特性。早在19世紀，天文學家在光學觀測中發現該星有清晰的氫線發射，類似的恒星隨后被陸續發現，統稱為“Be星”。后來的研究歸結為大質量恒星演化到一定階段后自身高速旋轉，拋出的物質形成一個以氫為主的盤，于是有了清晰的氫線發射。

經過大量的研究，天文學家目前對γ Cas的基本性質，諸如質量（17個太陽質量）、距離（約170秒差距）、年齡（約8兆年）和雙星周期（約203天）等都有了準確的掌握。因此，γ Cas也是大質量恒星多波段觀測研究中的常用參考源之一。

仙后座γ 星的光學圖像，IC69 和IC53 是被其照亮的兩個彗狀星云

C1396

回光

WISE 的紅外巡天圖像，藍、青、綠、紅分別來自3.4、4.6、12、22 微米圖像（圖片來源：http：//wise.ssl.berkeley.edu/）

近期，在分析仙后座天區的大質量恒星樣本過程中，中國科學院紫金山天文臺的科研團隊將目光投向了γ Cas，并取得新的進展?；趪H歸檔數據和“銀河畫卷”高靈敏CO數據，該科研團隊在γ Cas的周圍首次發現了一個膨脹的氣體空腔，測得的空腔尺寸和膨脹速度分別為6.0秒差距×4.2秒差距和5千米/秒。膨脹空腔所揭示的強烈星風反饋能量達到約4×1024千瓦（太陽為3.8×1023千瓦，10倍于太陽的能量）;而來自γ Cas的強烈UV輻射在其周圍驅動了2個快速移動的彗狀星云（IC59和IC63）。該結果有助于我們更好地認識這顆被天文學者頻繁研究的亮星，也為研究大質量恒星的反饋提供了一個很好的樣本。

左：來自HI4PI 巡天的HI 積分強度圖（中性氫），速度積分區間-13至-7 千米 / 秒。右：來自WHAM 的Hα 圖像（電離氫）。多波段巡天圖像勾勒出一個圍繞γ Cas（紅星所示）的空腔，位于大尺度的電離氫區內。

γ Cas也是最早發現的太陽系外X射線源之一。然而，其硬而明亮的X射線發射與大部分Be星上觀察到的X射線發射有很大的差異，具體表現在能量高一個量級、含多種熱成分且具有時變（隨時間變化）。銀河系X射線巡天發現了一批具有類似X射線性質的大質量恒星，統稱為“γ Cas類恒星”。

此類大質量恒星的X射線的起源是恒星天體物理學中的難題之一?，F有的兩個主流觀點，恒星-星周盤之間的磁相互作用與伴星吸積模型，均無法全面解釋觀測到的X射線性質。

γ Cas 雙星系統中的星風相互作用可能導致了觀測到的奇特X-ray 輻射（示意圖）

基于該科研團隊的工作，源自γ Cas的強烈星風從觀測上支持了最近提出的一個新模型，即此類恒星的奇特X射線發射源于雙星系統中的星風相互作用。因此，該科研團隊的觀測結果對理解大質量恒星的演化和銀河系的能量收支，也有著重要的參考意義。

從讓天馬飛奔馳騁，到研究大質量恒星與星際介質的反饋作用的“課代表”，γ Cas一如其中國古代的名字“策”，起了鞭策、激勵的重要作用。隨著“銀河畫卷”的徐徐展開和更多CO譜線數據的獲得，我們將會把那里的“銀河浪花”看得更清。

（文章源自中國科學院紫金山天文臺微信公眾號）

知識鏈接

名詞卡片

星官：古代中國天文學家為了便于認星和觀測，把若干顆恒星組成一組，每組用地上的一種事物命名，這一組就稱為一個星官，簡稱“一官”。

秒差距：天文學中使用的距離單位。主要用于量度太陽系外天體的距離。

“銀河畫卷”高靈敏CO數據：中國科學院紫金山天文臺利用青海德令哈13.7米望遠鏡對北天銀道面里的一氧化碳進行巡天獲得的觀測數據。

HI4PI 巡天：利用北天和南天兩座射電望遠鏡聯合開展的中性氫巡天項目。