王良策马：大质量恒星翻起的“银河浪花”

陈学鹏

“心魂”星云

在秋季北方的夜空中，一个“W”形的星座格外引人注目，这就是星空里著名的“王冠”——仙后座。在西方的神话故事里，她是埃塞俄比亚的王后;而在中国古天文中，这里是马车夫王良为天子策马御车在阁道上飞驰的星官。

《史记·天官书》曰：“汉中四星，曰天驷。旁一星，曰王良。王良策马，车骑满野。”“汉”即“星汉”，是我国古代对银河的称谓，而高悬在四匹天马前方的是王良手中扬起的马鞭，叫作“策”星。王良的这条马鞭，不仅让四匹天马风驰电掣，也激起了一朵绚丽的“银河浪花”。

大质量恒星翻起的“银河浪花”

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

γ Cas属于B型主序星，是一类大质量恒星。大质量恒星可以通过强大的辐射电离周围的原子和分子气体，产生一个以氢离子和电子为主的热气体团，天文学家称之为“电离氢区”。事实上，除了辐射以外，大质量恒星在演化过程中还可以通过外流、星风和爆发，不断地将能量和物质反馈到星际空间。

像“策”星这样的大质量恒星的各类反馈（外流、辐射、星风和爆发等），深刻地改变着星际介质的分布、结构、物理化学和动力学性质，驱动着星际介质的往复循环，也驱动着星系的不断演化。

在下面这张来自美国宇航局宽视场红外巡天探测器（WISE）拍摄的银道面第二象限的部分天区的图像中，随处可见绚丽多彩的亮云、空腔和气泡，它们多来自不同演化阶段大质量恒星反馈的“杰作”，犹如一朵朵奔腾的“银河浪花”。

大质量恒星的“课代表”

作为一颗亮星，γ Cas有着悠久的观测历史，并展现出神秘多变的特性。早在19世纪，天文学家在光学观测中发现该星有清晰的氢线发射，类似的恒星随后被陆续发现，统称为“Be星”。后来的研究归结为大质量恒星演化到一定阶段后自身高速旋转，抛出的物质形成一个以氢为主的盘，于是有了清晰的氢线发射。

经过大量的研究，天文学家目前对γ Cas的基本性质，诸如质量（17个太阳质量）、距离（约170秒差距）、年龄（约8兆年）和双星周期（约203天）等都有了准确的掌握。因此，γ Cas也是大质量恒星多波段观测研究中的常用参考源之一。

仙后座γ 星的光学图像，IC69 和IC53 是被其照亮的两个彗状星云

C1396

回光

WISE 的红外巡天图像，蓝、青、绿、红分别来自3.4、4.6、12、22 微米图像（图片来源：http：//wise.ssl.berkeley.edu/）

近期，在分析仙后座天区的大质量恒星样本过程中，中国科学院紫金山天文台的科研团队将目光投向了γ Cas，并取得新的进展。基于国际归档数据和“银河画卷”高灵敏CO数据，该科研团队在γ Cas的周围首次发现了一个膨胀的气体空腔，测得的空腔尺寸和膨胀速度分别为6.0秒差距×4.2秒差距和5千米/秒。膨胀空腔所揭示的强烈星风反馈能量达到约4×1024千瓦（太阳为3.8×1023千瓦，10倍于太阳的能量）;而来自γ Cas的强烈UV辐射在其周围驱动了2个快速移动的彗状星云（IC59和IC63）。该结果有助于我们更好地认识这颗被天文学者频繁研究的亮星，也为研究大质量恒星的反馈提供了一个很好的样本。

左：来自HI4PI 巡天的HI 积分强度图（中性氢），速度积分区间-13至-7 千米 / 秒。右：来自WHAM 的Hα 图像（电离氢）。多波段巡天图像勾勒出一个围绕γ Cas（红星所示）的空腔，位于大尺度的电离氢区内。

γ Cas也是最早发现的太阳系外X射线源之一。然而，其硬而明亮的X射线发射与大部分Be星上观察到的X射线发射有很大的差异，具体表现在能量高一个量级、含多种热成分且具有时变（随时间变化）。银河系X射线巡天发现了一批具有类似X射线性质的大质量恒星，统称为“γ Cas类恒星”。

此类大质量恒星的X射线的起源是恒星天体物理学中的难题之一。现有的两个主流观点，恒星-星周盘之间的磁相互作用与伴星吸积模型，均无法全面解释观测到的X射线性质。

γ Cas 双星系统中的星风相互作用可能导致了观测到的奇特X-ray 辐射（示意图）

基于该科研团队的工作，源自γ Cas的强烈星风从观测上支持了最近提出的一个新模型，即此类恒星的奇特X射线发射源于双星系统中的星风相互作用。因此，该科研团队的观测结果对理解大质量恒星的演化和银河系的能量收支，也有着重要的参考意义。

从让天马飞奔驰骋，到研究大质量恒星与星际介质的反馈作用的“课代表”，γ Cas一如其中国古代的名字“策”，起了鞭策、激励的重要作用。随着“银河画卷”的徐徐展开和更多CO谱线数据的获得，我们将会把那里的“银河浪花”看得更清。

（文章源自中国科学院紫金山天文台微信公众号）

知识链接

名词卡片

星官：古代中国天文学家为了便于认星和观测，把若干颗恒星组成一组，每组用地上的一种事物命名，这一组就称为一个星官，简称“一官”。

秒差距：天文学中使用的距离单位。主要用于量度太阳系外天体的距离。

“银河画卷”高灵敏CO数据：中国科学院紫金山天文台利用青海德令哈13.7米望远镜对北天银道面里的一氧化碳进行巡天获得的观测数据。

HI4PI 巡天：利用北天和南天两座射电望远镜联合开展的中性氢巡天项目。