赫罗图主序间隙里的秘密
大家对主序星的概念应该都不陌生了。在以温度为横轴，绝对星等为纵轴的赫罗图上，大部分恒星都身居一条从左上划向右下的条带中，其表面温度越高，亮度也越大，代表了核心区域氢元素聚变的供能方式，是为主序。由于恒星一生中的绝大部分时间都是在主序带中度过的，这条曲线无异于恒星天文学的根基。
赫罗图示意，其上从左上方划向右下方的曲线就是主序带。（图片提供：ESO）
所以当天体测量卫星GAIA公布了包含有视差（进而是距离）信息的数据之后，研究者在第一时间就将GAIA的结果描绘到了赫罗图上，以更好地观察每颗恒星在图中的确切位置。由于GAIA空前的精度，赫罗图中一些闻所未闻的精细结构也陆续浮出了水面，比如邻近白矮星因为不同的组分和质量分布导致的多重序列，再如金属丰度的差异带来的双重主序，还有就是这次要说的主序间隙。
主序间隙是个什么东西？它是在今年4月GAIA释放的第二批数据中方才显现出来的结构。如下图所示，如果将距离地球100秒差距之内的数十万颗M型红矮星在赫罗图上描绘出来，就会发现其中的M3.0V型星附近存在一个明显的断裂，不同性质的恒星之间并未表现出平滑的过渡——断裂能否现身，与视差测量的精度以及恒星样本的体量关系甚为密切，数据误差稍大、样本数量稍少即会被模糊掉，这也是该结构直到GAIA时代才得以现身的原因。
赫罗图在M型矮星部分的主序间隙。（图片来源：Jao et al. 2018）
但是这道间隙会不会是GAIA的仪器误差所致？现在看起来并不是。首先，GAIA释放的数据当然不可能完全无偏，但是在间隙附近却并并未表现出选择性的偏差，不会系统性地漏掉这里的部分恒星。其次，主序间隙也非GAIA独有。研究者结合2MASS红外巡天的结果，对上图两条红色虚线之间的部分进行了交叉比对，同样发现了间隙的存在。
那么这样的间隙是否适用于全银河系乃至全宇宙中的恒星？现在还真不好说。距离超过100秒差距的恒星样本，其视差测量误差愈发增大，不再适宜解析这样的精细结构；而已知的星团要么成员星数量太少，要么难以辨识出足够的M型星，也很难得出确切的结论。所以现在我们只能认为，主序间隙针对近距离低质量红矮星存在，无法进一步拓展结论。
大、中、小质量恒星的内部结构示意，图中浅黄色部分表示辐射区，带有红色闭合箭头的区域表示对流区。（图片来源：The Cosmic Perspective by Jeffery Bennett, Megan Donahue, Nicolas Schneider & Mark Voit, 2nd Edition）
如果主序间隙是真实的，它的成因有无物理解释？倒还真有一说，而且相当基本——质量最小的恒星内部是全对流的，较大一些的类太阳恒星则是辐射核外包对流区，而更大的恒星又是对流核+外围辐射区。这最后一种恒星先按下不表，前两种构造之间的过渡正好发生在质量约合太阳三分之一的M3.0V型星附近。
但根据现有的恒星理论，哪怕在不同结构的过渡位置，各方面的变化也应该是平滑发生的。退一步讲，从辐射核+对流区过渡到全对流的根本因素是恒星温度的改变，这理应导致赫罗图上出现一个垂直间隙。但观测数据给出的实际间隙是接近水平的斜线，而且其斜率也与附近恒星的等质量线、等半径线或等龄线均有不同，这可能与邻近恒星金属丰度和年龄的变化有关。
主序间隙与中小质量恒星内部结构过渡点的关系。图中黑色实线表示不同质量恒星的等龄线，虚线表示不同年龄恒星的等质量线，红色箭头表示主序间隙的起止位置。（图片来源：Jao et al. 2018）
更有观点认为，考虑低质量恒星的全对流本质，它们的聚变效率反而要比中等质量的同类更高。因此在过渡区，质量稍低的全对流恒星反而在光度上与带有辐射核的恒星类似，从而就形成了星等一定但温度不同的主序间隙。但间隙中其实也是存在少量恒星的，而且恒星金属丰度的高低也影响了间隙的宽度，要想全面理解这些现象，未来也还是要花上一番功夫的。
主序间隙的发现充分论证了像GAIA这样的高精度观测数据的必要性和意义，也说明了天体测量这一古老学科在当代的力量所在。既然连赫罗图这种众人熟知的概念都能因此变得略显陌生又难以理解，未来我们还能得到多少新知，真的就是一个未知数了。
