二元系統的分類和進化，其恆星的命運取決於哪些因素？

作者：文/虞子期

在宇宙的數十億個星系中，都包含著許多巨大而發光的等離子球體，它們被稱作恆星。而它們中大約80%的恆星都是多星系統成員，即兩顆、或多顆恆星所組成的系統，其中最常見的多星系統，便是由兩顆恆星組成的二元星系。比如，當我們抬頭望向頭頂這片天空時所看到的單個光點，其中大約有五分之四的部分，都是由多顆恆星一起旋轉而散發出的光芒。它們的存在不僅對恆星的分類有益，還可能對生命的發展走向帶來影響，所以，我們才更需要了解這些特殊系統的分類和演化，比如，該系統中恆星的命運和哪些因素有關？

二元系統的分類和恆星命運有何關聯

當氣體雲坍塌時，往往會分裂成兩個或更多的雲，然後分別形成恆星；或者，當一顆恆星與兩個、甚至多個恆星近距離碰撞時，另一顆恆星被捕獲。作為多星系統中最常見的二元系統，這樣的雙星在天文學領域發揮了特別重要的作用。在許多這樣的二進製系統中，恆星的演化都是獨立進行的，但卻在彼此引力的相互作用下圍繞著共同的質心軌道運行，它們就像是兩個遠離的朋友，偶爾會通過電子郵件或電話的方式保持聯繫。科學家們用寬雙星來分類這樣的二元星系，它們具有彼此分離的軌道，所以能對同伴產生的影響很小。並且，這些恆星的高層大氣還能產生X射線，雖然它並不如其他X射線雙星那樣引人注目，但“寬二進製”卻擁有舉足輕重的地位，因為科學家們通過對其軌道的大小和周期觀察，在應用了引力理論之後，得到了一種測量恆星質量的最佳方式。

還有一些多星系統，被稱為近似二進製的二元系統，由於兩個恆星之間的距離非常接近，因此，它們可以在相互轉移物質的同時，改變恆星原本的外觀，甚至是演化方式，就好比我們生活中特別親密的朋友和家人，他們的行為總是會對我們的生活帶來重要影響。比如，當一個二元星系中存在著兩個大質量的恆星A和B，由於其中A恆星的質量相對更大，那麽A也會更早成為紅巨星。但是，隨著它的尺寸越來越大，恆星A的大部分質量都會被傾倒在恆星B上，這兩顆恆星的外觀便也因此而發生了變化。恆星A很快就在核燃料耗盡之後爆炸，於是形成了一顆超新星，留下了一顆中子星、又或者是黑洞。而當再晚些時候，恆星B也演化成為了紅巨星，其流入黑洞或中子星的物質便會產生異常強烈的X射線源。

恆星B的命運並不是自己就可以完全決定，而是取決於兩顆恆星的質量和軌道細節：它可以螺旋成A，形成了一個更大的黑洞；它也可能會發生爆炸，形成的超新星破壞了二元星系。當恆星A和恆星B的質量和太陽質量大致相同的時候，它們的最終形態會是白矮星，而不是之前所提到的黑洞或中子星。即使恆星A將物質都傾倒在了恆星B上，但仍然能夠產生強大的X射線源，在極少數的情況下，它甚至還會向白矮星轉移更多物質。當然，二元星系也可以根據其觀察方式進行分類，它們分別為可視雙星（分離得足夠寬）和食雙星（導致日食）。並且，被稱為雙星的恆星並不一定在現實中彼此靠近，也可能是天空中那些在視覺上緊密相連的兩顆恆星。

從視覺雙星的發現到二元星系的演化

當恆星繞著銀河系行進，巨大恆星捕捉到一顆普通恆星，形成了一個新的二元星系，這樣的事件是非常罕見的。而更常見的二元星系，應該是由氣體和塵埃的探索而形成的兩顆或多顆恆星，這些恆星雖然不一定具有很多相同點，但卻會一起經歷一系列演變。科學家們探測到的第一個雙星是視覺雙星，於1617年被科學家伽利略·伽利萊發現，而“二元”這個術語則是在1802年開始用來指代這些雙星。當這對恆星相互拉扯的時候，科學家們可以從中獲取恆星的半徑、溫度，以及計算一些重要尺寸，它們對表征宇宙中的單個主序星也起到了幫助作用。

與此同時，多個系統中的恆星會直接影響生活，比如，科學家們已經發現，有不少行星都圍繞多顆恆星運行，而生命的進化都會受到這些恆星軌道的影響，它們需要的是一個相對更加穩定的系統。最初，這樣的二元系統看起來總是令人生畏，因為這些遠離行星的恆星會改變它們所接收到的光和熱，比如，寬雙星系統可能會產生生命最終的發展條件。縱然二元系統中一定也存在著可居住區域，其行星表面可能有液態水的存在，但生命卻很可能沒有好的立足點。比如，Kepler-47c，圍繞兩顆恆星旋轉使得外圍呈現出橢圓形，甚至有時還會把行星帶出該區域。這樣的系統還存在許多不穩定性和異塵餘生，我們很難設想複雜的生命可以隨著它需要的規律而進行演變，這樣的星球往往不具有足夠穩定的太空氣象，以防止熱浪和異塵餘生對周圍行星生命機會的乾預。