SALT巡天揭示氦富热亚矮星的分类与演化多样性

《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》：The SALT survey of helium-rich hot subdwarfs: final sample and classification

本刊推荐：为系统研究氦富热亚矮星的物理特性与演化联系，研究团队利用南非大望远镜（SALT）对697颗目标开展光谱观测，提出基于氦丰度、碳氧特征的精细分类体系，发现氦贫（He-sdB）与氦富（He-sdO）星之间存在温度-光度双序列，并识别出多类特殊天体（如磁星、双星候选体、PG1159型星），为理解恒星晚期演化、氦燃烧产物及星系化学演化提供关键样本支撑。

　　

在银河系的恒星家族中，有一类特殊的天体长期吸引着天文学家的目光——它们温度极高（可达数万开尔文），体积却比主序星小得多，犹如恒星世界的“压缩精品”。这类被称为热亚矮星（hot subdwarfs）的恒星，尤其是其中氦元素异常丰富的亚类（氦富热亚矮星），被认为是中等质量恒星演化的关键阶段产物，可能通过双星并合或强烈质量损失形成。然而，由于观测样本的匮乏和分类标准的不统一，氦富热亚矮星的物理性质多样性、演化路径及其与经典氦星（如极端氦星EHe、R Coronae Borealis变星）的联系始终笼罩在迷雾中。

为揭开这一谜团，由C. S. Jeffery领衔的国际团队利用南非大望远镜（SALT）开展了系统性巡天观测，对697颗候选体进行光谱分类，相关成果发表于《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。研究首次构建了统一的分类框架，将天体按有效温度（Teff）和表面重力（log g）划分为sdB、sdO等类型，并引入氦丰度（He）、碳氧特征（C/O）等指标细化分类。例如，光谱型“sdO4VII:He39”表示有效温度约4万开尔文（对应sdO4）、表面重力log g≈5.5（VII型）、氦含量约39%（He39）的亚矮星。研究还特别标注了特殊光谱特征：如“em”代表发射线，“mag”暗示磁星，“dib”指示星际弥散带，“rvv”为视向速度变量。

关键技术方法

研究依托SALT的RSS光谱仪获取3600-5100 ?波段低分辨率光谱，结合Gaia DR3的测光数据校准。通过目视匹配标准光谱模板确定分类，对氦线展宽显著的目标评估磁场或自转效应。样本来源涵盖历史巡天（如EC、PG、HE目录）及Gaia色选新目标，对部分目标进行多期次观测以识别光谱变化。

光谱分类体系与序列特征

研究团队提出以罗马数字表示光度等级（IV–VIII对应log g≈4.5–6.5），阿拉伯数字下标标注氦含量（He01–He40对应氦质量分数1%–40%）。分析显示，氦富星（He-sdO）主要聚集于高温低重力区（Teff>40,000 K, log g<6.0），而氦贫星（He-sdB）分布于低温高重力区。值得注意的是，

在Teff-log g图中，氦富星呈现两条明显序列：一条对应“正常”He-sdO（沿氦主序分布），另一条为高光度序列（可能与双星并合相关）。例如J184559.8-413827（#511）与经典脉动极氦星V652 Her光谱相似，暗示其可能为低光度极氦星。

特殊天体群的发现

1. 1.
   磁星与快速自转体：至少10颗目标显示氦线塞曼分裂（如J174425.5-193753），表明表面磁场强度达兆高斯量级；另有一组高速自转体（v_rotsin i>200 km/s）可能为双亚矮星并合产物。
2. 2.
   氮发射星与富碳氧星：4颗sdO星（如J112610-200138）在4945 ?处呈现N V发射线，可能源于弱辐射驱动星风；3颗富碳氧星（如J102926.5-683321）光谱与已知CO-rich星PG 1654+322高度一致，为白矮星并合模型提供新证据。
3. 3.
   双星候选体与变源：J062709.2-240254（#117）的C III、N III、He II 4686发射线可能来自被照射的伴星大气；J051756.5-304749（#087）通过视向速度变化被确认为短周期sdO+WD双星。
4. 4.
   激变变星与PG1159星：J002334.0+065647（#007）光谱具有Balmer线中心反转特征，与UX UMa型激变变星一致；J103958.0-615731（#206）为160,000 K的PG1159型预白矮星，展现GW Vir型脉动。

讨论与意义

本研究通过大规模光谱分类证实氦富热亚矮星存在连续的温度-光度-化学组成分布，支持其形成路径的多样性：低光度He-sdO可能源于双星物质交换，高光度He-sdO与极氦星则更可能由白矮星并合产生。新发现的磁星、富碳氧星等特殊目标为研究恒星磁场起源、核合成过程提供了独特实验室。此外，

样本中大量短周期变源（如TESS检测到的脉动体）为利用星震学约束内部结构奠定基础。未来结合Gaia视差与多波段随访观测，将进一步揭示这类“恒星演化缺失环节”在星系化学演化中的作用。