科学家通过观察恒星内部的波揭示隐藏进程

发表于 4年以前 | 总阅读数：617 次

对于研究它们的结构和进化的科学家来说，这也代表着最大的不确定性。

由加州大学圣巴巴拉分校的卡弗里理论物理研究所的博士后学者May Gade Pedersen领导的一组天文学家现在已经通过观察恒星内部的波来测量了这些恒星的内部混合。虽然科学家们以前使用过这种技术，但这篇论文标志着首次在如此大的一群恒星上同时实现这一目标。发表在《Nature Astronomy》上的研究结果显示，恒星内部的混合非常多样化，跟恒星的质量或年龄没有明显关系。

恒星生命中的大部分时间都是在其核心深处将氢聚变为氦。然而大质量恒星的聚变如此集中在中心，这就导致了一个类似于一锅沸水的湍流对流核心。对流及其他过程能有效地从核心清除氦灰并从外壳取代它的氢气。这使得恒星的寿命比预期的要长得多。

天文学家认为这种混合来自于各种物理现象，如内部旋转和由对流核心激发的等离子体内部地震波。然而这一理论在很大程度上仍然不受观测的限制，因为它发生在恒星的深处。也就是说，有一种间接的方法可以观测恒星：星震学，即研究和解释恒星振荡的学科。这种技术类似于地震学家利用地震探测地球内部的方法。

Pedersen表示：“恒星振荡的研究挑战了我们对恒星结构和进化的理解。它们让我们可以能直接探测恒星的内部，并跟我们的恒星模型的预测进行比较。”

Pedersen和她来自鲁汶大学、哈瑟尔特大学和纽卡斯尔大学的合作者们已经能利用星震学得出这样的恒星集合的内部混合。这是第一次实现这样的壮举，而且可能要感谢26颗缓慢脉动的B型恒星的新样本，这些B型恒星已经从NASA的开普勒任务中识别出了恒星振荡。

缓慢脉动的B型恒星的质量是太阳的3到8倍。它们在12小时到5天的时间尺度上膨胀和收缩，亮度变化可达5%。Pedersen解释称，它们的振荡模式对靠近核心的条件特别敏感。

Pedersen指出：“恒星内部的混合现在已经被观测到，结果在我们的样本中是多样化的，一些恒星几乎没有混合，而另一些则显示出100万倍的水平。”这种多样性被证明跟恒星的质量或年龄无关，相反，它主要受到内部旋转的影响--尽管这不是唯一的影响因素。

另外Pedersen还补充称：“这些星震研究结果最终让天文学家改进了大质量恒星内部混合的理论，迄今为止，该理论仍未通过直接来自恒星内部的观测来校准。”

据悉，天文学家测量恒星振荡的精度直接取决于观察恒星的时间长短。把时间从一个晚上增加到一年会使振动频率的测量精度增加一千倍。

目前可用的最佳数据来自开普勒太空任务，该任务连续4年观察了天空的同一块区域。缓慢脉动的B型恒星是望远镜观测到的质量最大的脉动恒星。虽然它们中的大多数都太小、不足以成为超新星，但它们的内部结构跟质量更大的恒星化学工厂相同。Pedersen希望从B型恒星研究中获得的见解将有助于揭示质量更大的O型恒星的内部工作方式。

她计划利用NASA的凌日系外行星勘测卫星(TESS)的数据来研究OB关联中的振荡大质量恒星群。这些恒星群由10到100多颗质量在3到120太阳质量之间的大质量恒星组成。她指出，OB星系中的恒星来自于相同的分子云且年龄相似。恒星的大样本以及它们共同年龄的限制为研究大质量恒星的内部混合特性提供了令人兴奋的新机会。

除了揭示隐藏在恒星内部的过程之外，对恒星振荡的研究还可以提供关于恒星其他特性的信息。

“恒星振荡不仅让我们能研究恒星的内部混合和旋转，而且还能确定恒星的其他属性如质量和年龄。虽然这两个都是最基本的恒星参数，但它们也是一些最难测量的参数，”Pedersen说道。