天文学家宇宙新发现 恒星振动揭示红巨星自转差

伤我心太深

艺术家概念中的类太阳恒星和红巨星之间的比较
　　通过观测来自红巨星的核并撞击到其表面上的波，比利时Leuven大学的保罗·贝克领导的天文学家小组确定了这些红巨星的内部能够比它们外部的自转快十倍。
　　红巨星是类太阳恒星的老年版本，是主序后星。当它们中心的氢供给变得枯竭，核反应变慢，核开始收缩，温度升高得足以点燃氦聚变。这加热了核外面的层，在氢仍然丰富的地方点燃了聚变，恒星的外层开始膨胀，把恒星变为红巨星。当太阳在五十亿年后成为红巨星，它的半径将扩大到接近地球轨道处。艺术家概念中的类太阳恒星和红巨星之间的比较（不成比例）。太阳的核发生核聚变反应，能量通过辐射带和对流层从中心向表面传输。红巨星的核点燃了氦聚变，核周围的燃烧的氢壳，以及膨胀的外对流层。正是在两种类型的恒星的对流层内，扰动在太阳介质内部产生振动，从而在表面可以看到亮度的波动。
　　最终聚变停止了，外层被脱离，形成美丽的行星状星云，留下变为白矮星的收缩的核。然而，虽然这一过程的大致步骤是已知的，了解恒星内部发生的事情的细节仍然是一个挑战。
　　现在贝克的团队计划观测红巨星的内部以发现更多细节。利用美国宇航局的开普勒飞船的数据，开普勒飞船盯住视场内150000颗恒星寻找系外行星的凌星现象，同时也收集星等波动的数据，贝克和他的同事能够指出振动的存在，振动引起开普勒数据库内三颗红巨星的亮度的波动。
　　在它们的湍急的外对流层内部的扰动能够让恒星像铃铛一样鸣响，就像来自地震的地震波能够被用作地球内部的探测器。“这些波向深处传播数百到数千公里，在某个深度恒星物质变得太致密，无法穿透，因此波就反弹回表面，在表面就表现为可观测的亮度的有节律的变化，”贝克告诉《今日天文学》。
　　然而，开普勒的‘红巨星工作组’的科学家发现了一种新振动的节律，显示波传播得更深，一直到红巨星的核。恒星的某些部分自转的速率能够影响振动的频率（这个效应是微小的，数十个微赫兹的量级，贝克说，），对这些特殊的红巨星而言，贝克的小组记录到了它们的核的自转的周期为几周的量级，而膨胀的外层每年转一次。这被解释为角动量守恒的结果：核的自转在收缩时速度加快，就像旋转的滑冰运动员用脚尖急转时会抱紧她的手臂。反过来，恒星膨胀的外层变慢了，就像滑冰运动员展开双臂时旋转速度变慢。
　　“内部较差自转是恒星的基本过程之一，”贝克说。“恒星的演化改变了自转特征而自转对恒星演化具有实质性的影响。恒星内部的许多过程受到自转的制约或者和自转有关，为了更好地了解这些过程，对自转速率有约束是重要的。”这些特征包括磁活动－－已知自转较快的恒星具有更高水平的磁活动，以黑子和耀斑的形式出现。
　　不幸地，关于恒星核的自转所知甚少，包括对太阳的。贝克的下一步计划是研究红巨星演化的所有阶段的核的收缩，因此可以把这个初步的结论置于适当的背景下。这个初步的结论已经在线发表在12月7日的《自然》上。