可观测Universe 第49章 VFTS 102

VFTS 102（恒星）

· 描述：已知自转最快的巨大恒星

· 身份：位于大麦哲伦云中的大质量恒星，距离地球约160,000光年

· 关键事实：自转速度超过60万公里/小时，离心力几乎将其撕裂，可能是一颗“逃逸恒星”，被超新星爆发“踢”出双星系统。

VFTS 102：宇宙中“转得最快的巨型火球”（上篇）

引言：当恒星的“自转”突破物理极限——一场关于引力与角动量的宇宙竞赛

在银河系的卫星星系大麦哲伦云中，一颗编号为VFTS 102的恒星正以近乎“疯狂”的速度旋转着。它的赤道线速度高达170公里/秒（约61万公里/小时）——这个数字意味着，如果把它放在太阳系，其赤道处的离心力足以将一艘飞船“甩”出太阳系；而它的形状，早已被离心力拉伸成一个明显的扁球体，赤道半径比极半径大出4%以上。

更令人震惊的是，这颗恒星的质量是太阳的20-30倍，属于大质量O型星——这类恒星本就以“短命”“暴躁”着称，而VFTS 102的旋转速度，更是将它推到了“自我撕裂”的边缘。天文学家推测，它的疯狂自转可能源于一场超新星爆发的“踢击”：原本作为双星系统的伴星，当主星爆炸时，不对称的冲击力将它抛入太空，同时将轨道角动量转化为自身的旋转能量。

VFTS 102的发现，不仅刷新了“自转最快大质量恒星”的纪录，更像一把钥匙，打开了我们理解恒星自转机制、双星系统演化与超新星反冲的大门。本文将从它的发现之旅开始，逐步拆解这颗“宇宙火球”的每一处细节——它的物理特性、旋转的根源、形状的异变，以及它带给我们的关于恒星命运的终极思考。

一、发现：从“谱线展宽”到“旋转怪兽”的现身

VFTS 102的故事，始于一场针对大麦哲伦云的“恒星普查”。

1. VLT的“光谱猎手”：FLAMES仪器的关键作用

2009年，欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT）启动了一项名为“VFTS”（VLT Flame Tarantula Survey）的调查——目标是绘制大麦哲伦云中数千颗大质量恒星的光谱，研究它们的形成与演化。其中，FLAMES（光纤大阵列多元素光谱仪）是核心工具：它能同时观测130颗恒星的光谱，分辨率足以分辨恒星大气中的微小元素特征。

天文学家在分析FLAMES的数据时，注意到一颗编号为VFTS 102的恒星——它的光谱线呈现出异常的展宽：原本应该是尖锐的吸收线（比如氢的巴尔末线、氦的共振线），却被“拉”成了宽阔的“模糊带”。这种展宽并非来自恒星的径向运动（多普勒效应），而是源于自转：当恒星快速旋转时，赤道处的物质会朝着观测者运动（蓝移），而两极处的物质则远离观测者（红移），两种运动的叠加会让谱线“两边拉伸”，形成展宽。

2. 自转速度的计算：从谱线到“宇宙纪录”

要计算自转速度，天文学家需要用到多普勒展宽公式：

\frac{\Delta\lambda}{\lambda} = \frac{2v\sin i}{c}

其中，\Delta\lambda 是谱线的半高全宽（FWHM），\lambda 是谱线波长，v 是恒星的赤道自转速度，i 是恒星自转轴与视线的夹角（倾角），c 是光速。

通过分析VFTS 102的氦I（5876埃）和氢α（6563埃）谱线，团队得到：

\Delta\lambda/\lambda ≈ 1.1×10^{-3}（即谱线展宽了0.11%）；

假设倾角i≈90°（自转轴几乎垂直于视线，这是大质量恒星常见的取向），则\sin i≈1；

代入公式得：v≈(1.1×10^{-3} × 3×10^8) / 2 ≈ 1.65×10^5 米/秒，即165公里/秒（约60万公里/小时）。

这个速度是什么概念？

太阳的赤道自转速度约为2公里/秒，VFTS 102比太阳快82倍；

织女星（A0V型恒星，质量约2倍太阳）的自转速度约为270公里/秒，但VFTS 102的质量是织女星的15倍，自转速度几乎与之相当——对于更重的恒星来说，这种旋转更“违反物理直觉”。

2011年，团队在《天体物理学杂志快报》上发表论文，正式宣布VFTS 102是“已知自转最快的大质量恒星”。

二、系统解剖：VFTS 102的“极端属性”与物理困境

要理解VFTS 102的疯狂自转，必须先搞清楚它的“基础设定”——这是一颗怎样的恒星？它所处的环境如何？

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