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新发现详细介绍了一种研究稀有阶段恒星内部运作的方法

2019-10-30 11:49:59

在约50亿年的时间里,当太阳耗尽其核心中的氢时,它将膨胀并变成红色的巨型恒星。与太阳的寿命超过100亿年相比,其生命的这一阶段以及其他质量最高两倍的恒星的生命周期相对较短。这颗红色的巨人将发出比太阳亮1000倍的光,并且突然间,其核心深处的氦会以一种称为“氦核心闪光”的过程开始与碳融合。此后,恒星进入了1亿年的静氦融合。

天体物理学家已经在理论和模型上预测了这些闪烁50年,但从未观察到。但是,《自然天文学》的一项新研究表明,这种情况可能很快就会改变。

加州大学圣塔芭芭拉分校Kavli理论物理研究所(KITP)的西蒙斯杰出访问学者JørgenChristensen-Dalsgaard说:“模型清楚地预测了氦芯闪光的影响,但我们没有发现可直接反映出来的观测结果。”丹麦奥尔胡斯大学教授。

像太阳这样的恒星是通过在约1500万K的温度下将氢融合到氦中来提供动力的。但是,氦需要比氢高得多的温度(约1亿K)才能融合到碳中,因此它只是在核中积累氢壳继续燃烧。一直以来,恒星一直膨胀到与地球轨道相当的大小。最终,恒星的核心达到了理想状态,触发了剧烈的氦气点燃:氦核闪动。堆芯在接下来的200万年中经历了几次闪蒸,然后沉降到一个更静态的状态,在大约1亿年的过程中,堆芯将堆芯中的所有氦燃烧为碳和氧。

氦芯闪光在我们对低质量恒星生命周期的理解中起着不可或缺的作用。不幸的是,从遥远恒星的核心收集数据非常困难,因此科学家一直无法观察到这种现象。

开普勒,CoRoT等现代天基观测站的功能以及现在的NASA过境系外行星测量卫星(TESS)都将改变这一现状。Christensen-Dalsgaard解释说:“来自太空的非常敏感的测量结果使观察大量恒星亮度的细微波动成为可能。”

氦核闪光产生一系列不同的波,这些波通过恒星传播。这会导致恒星像钟形一样振动,表现为整体亮度的微弱变化。恒星脉动的观测已经向天文学家传授了恒星内部过程的信息,就像地质学家通过研究地震了解地球内部的方式一样。这项称为星震学的技术已经成长为天体物理学领域的一个蓬勃发展的领域。

核心闪烁是突然发生的,就像地震一样,在接下来的200万年中,这是一个非常活跃的事件,随后是一系列相继减弱的事件,这是大多数恒星生命中一个相对较短的时期。正如KITP主任Lars Bildsten和KITP高级研究员Bill Paxton领导的2012年初论文所显示的那样,这些恒星的脉动频率对核心条件非常敏感。结果,星震学可以为科学家提供检验我们对这些过程的理解的信息。

“当时,我们很高兴看到这些新的太空能力使我们能够确认这片经过长期研究的恒星演化过程。但是,我们没有考虑这些作者探索使用强烈对流恒星实际获得的更令人兴奋的可能性。星星在响。”比尔斯顿说。

这项新研究的主要目的是确定这些闪烁区域是否能激发出足以让我们看到的脉动。经过几个月的分析和模拟,研究人员发现许多工具应该相对易于观察。

克里斯滕森-达尔斯加德说:“该机制实际上如此有效,我感到很惊讶。”

本文详细阐述的新的和有希望的角度是,天文学家一直在研究一种非常特殊的恒星类型(到现在为止还不太了解)的过程,这种类型的恒星被称为B矮行星。这些是以前的红色巨人,由于未知原因,已经失去了大部分的氢外层。次矮B星为科学家提供了一个独特的机会,可以更直接地探测恒星的热核。而且,剩余的氢薄层的厚度不足以抑制重复出现的氦核闪动产生的振荡,这给研究人员提供了直接观察它们的机会。

这项研究提供了有关恒星模型在氦聚变点火时预测的复杂过程的第一个观测信息。Bildsten指出:“这项工作充分利用了前KITP研究生院士Daniel Lecoanet领导的一系列流体动力学计算的优势。” “如果一切顺利,这些恒星可能为天体物理学的基本难题提供新的试验场。”

Christensen-Dalsgaard说,他渴望将这些发现应用于实际数据。实际上,可能已经观察到氦芯闪烁。CoRoT和Kepler观测到的几颗恒星显示出无法解释的振荡,看上去与氦芯闪烁的预测相似。他解释说,TESS在未来的研究中将被证明是至关重要的,因为它将观测到整个恒星,包括可能检测到这些脉动的几颗恒星。这将提供对模型的进一步强大测试,并深入了解我们自己的太阳的未来。

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