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O型主序星(O V) 是是光谱为O，亮度为V，在主序带（氢燃烧）上的恒星。这类恒星的质量是太阳的15至90倍太阳质量（理论值，实际观测有光等超过这一范围的），表面温度在30,000至52,000 K[1][2]。这一类恒星非常罕见，估计在整个银河系中只有20,000颗[3]。例子包括参宿增一A（猎户座σA）和车府增十一（蝎虎座10）[4][5]。目前已观测到的质量最大（推测）O型主序星为Melnick 42，约189倍太阳质量。由于天文学中专有名词较多，光度分类和演化过程分类中较大的恒星均称作“巨星”，可能造成读者的混淆。比如，天文学家将Melnick 42按光度分类称为“亮巨星”，却不是超巨星。
在MK分类系统中"锚定"的O型主序星标准星，自20世纪初选定以来未曾更改过。它们是四渎增一（麒麟座15，O7 V）和车府增十一（蝎虎座10，O9 V）[6] The Morgan–Keenan–Kellerman (MKK) "Yerkes" atlas from 1943 listed O-type standards between O5 and O9, but only split luminosity classes for the O9s.[7][翻译请求]。在MKK O9 V的两颗标准星是伐三（猎户座ι）和车府增十一。詹森和摩根（1953年）修订后的耶基斯标准（"MK"）[8]，迄今也未曾变更O5至O8的标准星，列出5颗O9 V的标准星（HD 46202、HD 52266、HD 57682、造父增一（仙王座14）、车府增十一）和3颗O9.5 V的标准星（HD 34078、参宿增一、天市右垣十一（蛇夫座ζ））。摩根和基南（1973年）对光谱分类做过重要的再检查[9]，增列“订正的MK”O4到O7标准星，但没有突破亮度分类的标准。这次的再检查还列出主序星车府增十一（蝎虎座10，O9 V）和参宿增一（猎户座σ，O9.5 V）的"dagger标准"。
直到1970年代，早于O5的O型亮度的子分类都未定义出标准星。摩根、Abt、和泰普史考特（1978年）的光谱图集[10]定义出了几个O型主序（亮度类型V）的标准，列出如下：︰HD 46223（O4 V）、HD 46150（O5 V）、HD 199579（O6 V）、HD 47839（O7 V）、HD 46149（O8 V）、和HD 46202（O9 V）。Walborn和Fitzpartrick（1990年）[11]为OB型恒星提供了第一份数码化的光谱图集，并且包括O3 V（HD 303308）的主序标准。Walborn等人（2002年）定义光谱类型O2的标准，以BI 253做为O2 V的基本标准星（实际的类型为"O2 V((f*))"）。他们也重新定义HDE 303308是O4 V的标准星，并列出新的O3 V标准星（HD 64568和LH 10-3058）。O3 V的有效温度可能接近50,000K[12]。
这些都是罕见的天体；估计在整个银河系中的O型星不超过20,000 [13]，仅占恒星数量的千万分之一。O型主序星的质量介于15和90 M☉之间，表面温度从30,000到50,000K。它们的全波段光度介于30,000和 1,000,000 L☉之间；半径在10 R☉左右,表面重力是地球的10,000倍；对主序星而言是相对较低的。绝对星等从比太阳亮3,400倍的-4等，到比太阳亮18,000倍的-5.8等[14][15]。
O型星都很年轻，年龄都只有数百万年的岁月。在我们的银河系中，它们都有大约是太阳两倍的高金属量 [14]。在大麦哲伦星系的O型主序星金属量较低，但值得注意的是它们明显的有较高的温度，主要的原因是质量的流失率较低[16]。最亮的O型星，每年的质量损失率超过 百万分之一 M☉，光度较低的恒星质量损失就低得多。它们的恒星风终端速度大约在2,000 km/s[17]。
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