震动巨人可能会解开恒星磁性之谜广达杂志

我们的星球注定要灭亡。 几十亿年后，太阳将耗尽其氢燃料并膨胀成一颗红巨星——一颗大到会烧焦、变黑并吞噬内行星的恒星。

虽然红巨星对行星来说是坏消息，但对天体物理学家来说却是好消息。 他们的心掌握着理解一系列恒星天体的钥匙，从初出茅庐的原恒星到僵尸白矮星，因为在它们的深处隐藏着一种无形的力量，可以塑造恒星的命运：磁场。

恒星表面附近的磁场通常已被很好地表征，但其核心发生的情况却大多未知。 这种情况正在改变，因为红巨星非常适合研究恒星深处的磁性。 科学家们通过利用星震（恒星表面的微妙振荡）作为通往恒星内部的门户来做到这一点。

“红巨星有这些振荡，可以让你非常灵敏地探测核心，”说 蒂姆床上用品是悉尼大学研究红巨星的星震学家。

去年，图卢兹大学的一个团队解码了这些振荡并测量了内部的磁场 红巨星三重奏。 今年早些时候，同一个团队 检测到的磁场 另外还有 11 颗红巨星。 综合来看，这些观察结果表明，巨人的内心比想象中更加神秘。

靠近恒星心脏的磁场在恒星内部的化学混合中起着至关重要的作用，这反过来又影响恒星的演化。 通过完善恒星模型并纳入内磁，科学家将能够更准确地计算恒星年龄。 这样的测量可以帮助确定可能适合居住的遥远行星的年龄，并确定星系形成的时间表。

“我们在恒星建模中没有考虑磁力，”说 丽莎·巴格内特奥地利科学技术研究所的天体物理学家，开发了研究红巨星内部磁场的方法。 “这很疯狂，但它不存在，因为我们不知道它看起来如何[或]它有多强大。”

凝视太阳

探测恒星核心的唯一方法是星震学，即对恒星振荡的研究。

就像穿过地球内部的地震波可以用来绘制地球的地下景观一样，恒星振荡打开了一扇了解恒星内部的窗户。 恒星随着等离子体的搅动而振荡，产生携带有关恒星内部成分和旋转信息的波。 Bugnet 将这个过程比作敲响的铃声——铃声的形状和大小会产生特定的声音，从而揭示铃声本身的属性。

为了研究震动巨星，科学家们使用了美国宇航局行星搜寻的数据 开普勒望远镜多年来一直监测超过 180,000 颗恒星的亮度。 它的灵敏度使天体物理学家能够检测到与恒星振荡有关的星光的微小变化，恒星振荡会影响恒星的半径和亮度。

但解码恒星振荡是很棘手的。 它们有两种基本类型：声压模式（p 模式），即穿过恒星外部区域的声波；重力模式（g 模式），频率较低，主要局限于核心。 对于像太阳这样的恒星，p 模主导着它们可观测到的振荡。 它们的 g 模式受到内部磁场的影响，太弱而无法探测到，也无法到达恒星表面。

2011年，鲁汶大学天体物理学家Paul Beck及其同事 使用开普勒数据 证明在红巨星中，p 模式和 g 模式相互作用并产生所谓的混合模式。 混合模式是探测恒星核心的工具——它们使天文学家能够看到 g 模式振荡——而且它们只能在红巨星中检测到。 研究混合模式表明，红巨星核心的旋转速度比恒星的气体包层慢得多，这与天体物理学家的预测相反。

这是一个惊喜——也可能表明这些模型中缺少一些重要的东西：磁力。

恒星对称性

去年， 李刚现在是鲁汶大学的一名星震学家，他对开普勒巨星进行了挖掘。 他正在寻找记录红巨星核心磁场的混合模式信号。 “令人惊讶的是，我实际上发现了一些这种现象的例子，”他说。

通常，红巨星中的混合模式振荡几乎有节奏地发生，产生对称信号。 Bugnet 和其他人有 都曾预测 磁场会打破这种对称性，但没有人能够做出这一棘手的观察——直到李的团队。

李和他的同事发现了一个巨大的三重奏，表现出预测的不对称性，他们计算出每颗恒星的磁场是 高达 “强度是典型冰箱磁铁的 2,000 倍”——很强，但与预测相符。

然而，三颗红巨星之一让他们大吃一惊：它的混合模式信号很落后。 “我们有点困惑，”说 塞巴斯蒂安·德霍维尔，一位研究作者和图卢兹的天体物理学家。 Deheuvels 认为这一结果表明恒星的磁场向一侧倾斜，这意味着该技术可以确定磁场的方向，这对于更新恒星演化模型至关重要。

由 Deheuvels 领导的第二项研究使用混合模式星震学来探测 11 颗红巨星核心的磁场。 在这里，研究小组探索了这些场如何影响 g 模式的特性——Deheuvels 指出，这可能提供一种超越红巨星并检测不表现出罕见不对称性的恒星磁场的方法。 但首先“我们想要找到表现出这种行为的红巨星的数量，并将它们与这些磁场形成的不同场景进行比较，”德赫维尔斯说。

不只是一个数字

说，利用星震来研究恒星的内部开启了恒星演化的“复兴” 康尼·艾茨，鲁汶大学的天体物理学家。

文艺复兴对于我们对恒星和我们在宇宙中的地位的理解具有深远的影响。 到目前为止，我们只知道一颗恒星——我们的太阳——的确切年龄，科学家们根据在这一时期形成的陨石的化学成分确定了它的年龄。 太阳系的诞生。 对于宇宙中的每一颗其他恒星，我们只能根据自转和质量来估计年龄。 添加内磁力，你就可以更精确地估计恒星年龄。

年龄不仅仅是一个数字，而是一个可以帮助回答一些有关宇宙的最深刻问题的工具。 以寻找外星生命为例。 自 1992 年以来，科学家已经发现了 5,400 多颗系外行星。 下一步是描述这些世界的特征并确定它们是否适合生命存在。 这包括了解地球的年龄。 “了解它年龄的唯一方法是了解主恒星的年龄，”德赫维尔斯说。

另一个需要精确恒星年龄的领域是银河考古学，即研究星系如何聚集的学科。 例如，银河系在其演化过程中吞噬了较小的星系。 天体物理学家知道这一点，因为恒星中的化学丰度可以追溯到它们的祖先。 但他们对于这种情况发生的时间并没有一个很好的时间表——推断的恒星年龄不够准确。

“现实是，有时我们的恒星年龄误差只有十分之一，”阿茨说。

对恒星心脏内部磁场的研究仍处于起步阶段。 在理解恒星如何演化方面存在许多未知数。 对于 Aerts 来说，这就是美丽。

“大自然比我们更有想象力，”她说。

Jackson Ryan 为这篇报道而进行的旅行部分由 ISTA 科学记者常驻计划资助。