在宇宙中，有一些非常奇特的天體，它們的磁場強度高達10^14高斯，比太陽的磁場強度高出幾千萬倍。這些天體被稱為磁星，它們是一種特殊的中子星，即超新星爆發(fā)后留下的致密恒星殘骸。磁星的形成機制至今仍然是一個謎，有人認為它們是由具有強磁場的恒星核塌縮而成的，也有人認為它們是由兩個中子星合并而成的。

在本文中，我們將介紹一種新發(fā)現(xiàn)的天體類型——質(zhì)量較大的磁性氦星，它可能是磁星的前身。我們利用多個望遠鏡，觀測一個雙星系統(tǒng)HD 45166，并分析其光譜和極化特征。我們發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)中包含一個磁場強度為43千高斯的氦星，這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最強磁場的大質(zhì)量恒星。通過恒星演化計算預測，這顆氦星將在未來爆發(fā)為超新星，并留下一個磁星殘骸。

氦星和沃爾夫-拉葉星

氦星是一種已經(jīng)失去了外層氫層的裸露恒星核，它們通常具有很高的溫度和光度。氦星可以通過幾種方式形成：一種是由于恒星風爆發(fā)而剝離外層氫層的大質(zhì)量恒星；另一種是由于與伴星交換物質(zhì)或共生演化而失去外層氫層的中等質(zhì)量恒星；還有一種是由于兩顆較小質(zhì)量的白矮星或氦核合并而形成的。

沃爾夫-拉葉（WR）星是一類特殊的氦星，它們具有很強的恒星風，并且光譜中以寬發(fā)射線為主。WR星可以分為幾個亞型，根據(jù)它們表面元素豐度不同而命名。其中最常見和最重要的兩個亞型是WN型和WC型。WN型WR星主要由氮和氦組成，WC型WR星主要由碳和氦組成。這些元素都是恒星核內(nèi)部核聚變產(chǎn)生的元素，它們被恒星風帶到表面，反映了恒星核心演化的階段。

HD 45166系統(tǒng)

HD 45166是一個距離地球約1.5千秒差距的雙線光譜雙星系統(tǒng)，也就是說，它由兩顆相互繞轉(zhuǎn)的恒星組成，但我們只能從地球上看到其中一顆。該系統(tǒng)中可見的恒星是一顆WN型WR星，它的光譜顯示出強烈的氮和氦發(fā)射線。該系統(tǒng)的軌道周期為9.1天，軌道偏心率為0.28。

我們使用了多個望遠鏡對HD 45166進行了觀測，使用了光譜和光譜偏振測量技術(shù)，以及多波段光度測量技術(shù)，來研究該系統(tǒng)的物理性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)了一些非常有趣和意外的結(jié)果。

磁性氦星

我們首先發(fā)現(xiàn)了HD 45166中WR星的磁場信號。我們使用了一種稱為斯托克斯參數(shù)的方法，來描述恒星發(fā)出的光子的偏振狀態(tài)。我們發(fā)現(xiàn)，在WR星的氮和氦發(fā)射線附近，斯托克斯參數(shù)V出現(xiàn)了明顯的變化，這表明了存在著沿著視線方向的磁場分量。我們使用了一種稱為Zeeman-Doppler成像的技術(shù)，來重建WR星表面的磁場分布。我們發(fā)現(xiàn)，WR星具有一個復雜的多極磁場，其最大強度達到了43千高斯。這是目前已知的最強磁場的大質(zhì)量恒星，也是第一次在WR星中發(fā)現(xiàn)磁場。

我們進一步分析了HD 45166中WR星的質(zhì)量和演化狀態(tài)。我們使用了一種稱為光譜能量分布（SED）擬合的方法，來估計WR星的溫度、半徑、光度和表面重力。我們發(fā)現(xiàn)，WR星具有很高的溫度和光度，但卻有很小的半徑和很低的表面重力。這意味著WR星具有很小的質(zhì)量，只有約2M⊙。這是一個非常罕見和異常的結(jié)果，因為通常認為WR星都是大質(zhì)量恒星的產(chǎn)物，而且它們在失去外層氫層后仍然保持較高的質(zhì)量。

我們使用了一種稱為二進制演化代碼的數(shù)值模擬工具，來探索HD 45166中WR星可能的形成機制。我們考慮了幾種可能的初始條件，包括單個恒星、雙恒星或三恒星系統(tǒng)，并模擬了它們經(jīng)過數(shù)十億年演化后的結(jié)果。我們發(fā)現(xiàn)，最能解釋觀測數(shù)據(jù)的模型是一個由兩顆較小質(zhì)量的氦核合并而成的WR星。這種合并過程可以產(chǎn)生一個快速自轉(zhuǎn)和強磁場的氦星，并且可以解釋該系統(tǒng)中另一顆不可見恒星較大質(zhì)量和較高偏心率的原因。

磁星前身

我們最后討論了HD 45166中WR星未來的命運。我們預測，該WR星將在未來幾百萬年內(nèi)耗盡其核心內(nèi)部可燃燒的碳和氧，然后發(fā)生核塌縮，形成一個超新星爆發(fā)。由于該WR星具有很高的自轉(zhuǎn)速度和磁場強度，我們認為它將產(chǎn)生一個磁星殘骸，而不是一個普通的中子星或黑洞。這樣的磁星將具有很高的能量和活動性，可能會發(fā)出強烈的射電脈沖和伽馬射線暴。

我們認為，HD 45166中WR星是一種新發(fā)現(xiàn)的磁星前身類型——質(zhì)量較大的磁性氦星。這種天體類型可以通過兩顆較小質(zhì)量的氦核合并而形成，從而產(chǎn)生一個快速自轉(zhuǎn)和強磁場的氦星。這種合并過程可以解釋一些觀測上的謎團，例如為什么一些超新星爆發(fā)前沒有明顯的大質(zhì)量恒星前身，以及為什么一些磁星具有很高的自轉(zhuǎn)速度和偏心率。