明星也會(huì)有耳蟲，而 “歌曲 ”可以告訴我們他們的歷史

星震的“音樂”——由氣體氣泡破裂引起的巨大振動(dòng)，在許多恒星的身體中蕩漾——可以揭示出比科學(xué)家想象的更多的關(guān)于恒星歷史和內(nèi)部運(yùn)作的信息。

在新研究發(fā)表于自然界，我們分析了距離地球近 3,000 光年的 M67 星團(tuán)中大范圍巨星的星震頻率特征。

利用開普勒太空望遠(yuǎn)鏡 K2 任務(wù)的觀測結(jié)果，我們有一個(gè)難得的機(jī)會(huì)來追蹤恒星在恒星生命周期巨大階段的大部分旅程中的演化。

在此過程中，我們發(fā)現(xiàn)，一旦這些恒星的湍流外層到達(dá)內(nèi)部深處的敏感區(qū)域，它們就會(huì)卡住“演奏它們的曲調(diào)的同一部分”。

這一發(fā)現(xiàn)揭示了一種了解恒星和整個(gè)銀河系歷史的新方法。

星震的聲音

星震發(fā)生在大多數(shù)恒星（如我們的太陽）中，它們的外層有冒泡，就像一鍋開水。熱氣氣泡在表面上升和破裂，在整個(gè)恒星中產(chǎn)生漣漪，使其以特定方式振動(dòng)。

我們可以通過尋找恒星亮度的細(xì)微變化來檢測這些發(fā)生在特定“共振頻率”的振動(dòng)。通過研究一個(gè)稱為星團(tuán)的星團(tuán)中每顆恒星的頻率，我們可以調(diào)到集群的唯一 “song”。

我們的研究挑戰(zhàn)了以前關(guān)于巨星共振頻率的假設(shè)，揭示了它們比以前認(rèn)為的更深入地了解恒星內(nèi)部。此外，我們的研究為破譯我們銀河系的歷史開辟了新的方法。

星團(tuán)的旋律

長期以來，天文學(xué)家一直在尋求了解像太陽這樣的恒星是如何隨著時(shí)間的推移而演變的。

做到這一點(diǎn)的最佳方法之一是研究星團(tuán)——一起形成并具有相同年齡和成分的恒星群。一個(gè)名為 M67 的星團(tuán)引起了很多關(guān)注，因?yàn)樗S多化學(xué)成分與太陽相似的恒星。

正如地震幫助我們研究地球內(nèi)部一樣，星震揭示了恒星表面下的東西。每顆星星 “唱” 一首旋律，其頻率由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理特性決定。

較大的星星產(chǎn)生更深、更慢的振動(dòng)，而較小的星星以更高的音調(diào)振動(dòng)。沒有一顆星星只演奏一個(gè)音符——每個(gè)音符都與來自其內(nèi)部的完整頻譜聲音產(chǎn)生共鳴。

令人驚訝的簽名

關(guān)鍵頻率特征之一是所謂的小間距 – 一組非常接近的諧振頻率。在較年輕的恒星中，例如太陽，這個(gè)特征可以提供關(guān)于恒星核心中還剩下多少氫可供燃燒的線索。

在紅巨星中，情況有所不同。這些較老的恒星已經(jīng)用完了它們核心中的所有氫，這些氫現(xiàn)在是惰性的。

然而，氫聚變?cè)趪@堆芯的殼層中繼續(xù)進(jìn)行。長期以來，人們一直認(rèn)為這種恒星中的小間距幾乎沒有提供什么新信息。

停滯不前的音符

當(dāng)我們測量 M67 中恒星的小間距時(shí)，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)它們揭示了恒星內(nèi)部融合區(qū)域的變化。

隨著氫燃燒殼層的增厚，間距增加。當(dāng)殼向內(nèi)移動(dòng)時(shí)，它們會(huì)縮小。

然后我們發(fā)現(xiàn)了其他意想不到的事情：在某個(gè)階段，小間距停滯了。這就像一張唱片在音符上跳躍。

我們發(fā)現(xiàn)，這種停滯出現(xiàn)在巨星生命中的特定階段——當(dāng)它的外層，即傳輸熱量的“沸騰”層，變得如此之深，以至于它占了恒星質(zhì)量的 80% 左右。此時(shí)，包絡(luò)的內(nèi)邊界延伸到恒星的一個(gè)高度敏感區(qū)域。

這個(gè)邊界非常湍流，聲速在它上面急劇移動(dòng)——這種急劇的變化會(huì)影響聲波穿過恒星的方式。我們還發(fā)現(xiàn)，失速頻率明顯由恒星的質(zhì)量和化學(xué)成分決定。

這為我們提供了一種識(shí)別這個(gè)階段的恒星并以更高的精度估計(jì)它們的年齡的新方法。

銀河系的歷史

恒星就像化石記錄。它們帶有它們形成環(huán)境的印記，研究它們可以讓我們拼湊出我們銀河系的故事。

銀河系是通過與較小的星系合并而成長的，在不同地區(qū)的不同時(shí)間形成恒星。整個(gè)銀河系更好的年齡估計(jì)有助于我們更詳細(xì)地重建這段歷史。

像 M67 這樣的星團(tuán)也讓我們得以一窺我們太陽的未來，讓我們深入了解它在數(shù)十億年中將經(jīng)歷的變化。

這一發(fā)現(xiàn)為我們提供了一個(gè)新工具，也給了我們重新審視現(xiàn)有數(shù)據(jù)的新理由。經(jīng)過多年的銀河系地震觀測，我們現(xiàn)在可以回到那些星星上，再次 “傾聽”，這一次我們知道該聽什么了。

克勞迪婭·雷耶斯， 天文與天體物理研究學(xué)院博士后研究員，澳大利亞國立大學(xué)

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