F型主序星(F V),也稱黃白矮星、黃白色主序星,是光譜類型為F,光度分類為V的主序星(燃燒氫)的恆星。F型主序星在恒星中的占比约3.03%。這一類恆星的質量是太陽的约1.1—1.7倍,表面溫度在6,000—7,600K之間,表VII和VIII.。这个温度范围使F型恒星呈现出黄白色的色调,因而得名。F型主序星的寿命主要集中在25—80亿年(受金属丰度和恒星自转影响,少数极端个例可以低于20亿年或者超过110亿年)。
相比之下,G型主序星的质子—质子链反应占主导地位,基本结构为辐射核(内部,质子—质子链反应为主)+对流包层(外部);F型主序星随着表面溫度逐渐增加,碳氮氧循环占比的上升速度很快,基本结构开始逐渐倾向于对流核(内部,碳氮氧循环导致过热而对流)+辐射包层(外部,质子—质子链反应为主)从而出现结构翻转,导致F型主序星比G型主序星更容易高速自转,是两者之间的重要差异。某些中文资料称F型主序星与G型主序星的一个重要差异是F型主序星最后能够进行碳聚变,但其实碳聚变需要B型主序星以上(至少约6—7倍太阳质量,金属丰度越高则降低恒星核心温度、越需要更大质量)才能在巨星阶段完成(简并核不超过约1.4倍太阳质量则成为氧氖镁白矮星)。F/G属性接近(F9V和G0V界限模糊),都适合孕育生物圈。
著名的近地恒星案例包括梗河二、南河三A、御女四、辇道五、参旗六、鳖七A和B、HD 10647、東上相(室女座γ)A和B等。
寿命和行星系统
目前的一些研究表明,生命亦可能在围绕F型恒星运行的行星上发展。一颗相对较热的F0V恒星的宜居带会从大约2.0个天文單位延伸到约3.7个天文单位;而对于一颗相对低温的F8V恒星,宜居带则位于约1.1至2.2个天文单位。
F型主序星的寿命在某些中文资料中被描述为20亿至40亿年,并不准确。太阳寿命约105亿年,简化为约100亿年来计算,按照恒星寿命反比于质量的2.5次方来计算(即使按3次方来计算也上限远不止40亿年,而且从F型主序星开始逐渐以碳氮氧循环为主,应该反比于质量的2.5次方而非3次方),F型主序星(约1.1倍至1.7倍太阳质量)所对应的基础寿命在约25亿年至80亿年左右(戴森球计划中则将F型主序星的寿命描述为通常是30亿年至80亿年,但游戏仅供参考),天文研究资料例如astro.vaporia.com将F型主序星的寿命计算为40亿年至90亿年、HD 16784(F2III,虽然是巨星但是年龄高达113.5亿年)。类似的著名案例还有下台二A (大熊座ξA)(下台二系统实际上是F8.5V+G2V),该F8.5V的恒星的理论寿命也与太阳相当。但是这些往往都是厚盘老年恒星群中的严重贫金属丰度的恒星,即现存年龄极长的F型主序星全都是在宇宙早期阶段形成的,几乎普遍为第二代恒星,那个时候的宇宙根本就没有能力生成高金属丰度的F型主序星,且由于金属丰度极低会大幅提高同等质量恒星的表面温度,从而使得一些质量上显著小于太阳的恒星在光谱上反而符合F型主序星的特征。
宜居性
不同于G型恒星,在此处假设生命形式所要面对的主要难题是更强烈的光线辐射和平均更短的恒星寿命;F型恒星的电磁辐射能量峰值波段比G型恒星更短,紫外辐射远超G型恒星;因此从长远来看,这会对DNA分子产生深远的负面影响,从而阻碍生命的延续。如果处于其宜居带的行星或卫星恰好拥有一层稠密的大气和臭氧圈,那么理论上生命可以在星球表面得到发展,只是生存空间可能会相对局限于水下或者陆地洞穴中。,只有0.8倍太阳质量至1.8倍太阳质量的恒星的紫外宜居带和可见光宜居带能够重合。2022年的新研究则指出,F型主序星和A型主序星的高速自转会导致重力昏暗,恒星的赤道面的重力减弱的同时,该面向的温度和辐射也显著低于恒星的两极面(且恒星表层的赤道半径会拉长,变成扁球形),行星轨道通常都在恒星的赤道面而非两极面,也可以减轻宜居带星球的紫外辐射,使其更加适合陆地生物居住(紫外宜居带和可见光宜居带重合的质量上限延展到太阳的2.2倍左右))。而对于类似于地球现代的大气层,F型主序星的紫外辐射在可以承受的范围内;但是在大氧化事件之前(低 O₂,也意味着臭氧层比现在更薄),F型主序星的辐射剂量既可能促进前生物化学的发展(F型主序星的宜居带比G/K/M型主序星要宽广,且一些观点认为F型主序星的紫外宜居带与可见光宜居带的重合度是所有主序星中最高的
参见
- 恆星演化
- 恒星光谱
- 太陽相似體
- G型主序星
- A型主序星
參考資料
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