明星也會有耳蟲，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，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，我們有一個難得的機(jī)會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，在整個恒星中產(chǎn)生漣漪，使其以特定方式振動。

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。通過研究一個稱為星團(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，而較小的星星以更高的音調(diào)振動。沒有一顆星星只演奏一個音符——每個音符都與來自其內(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，氫聚變在圍繞堆芯的殼層中繼續(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，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)移動時，它們會縮小。

然后我們發(fā)現(xiàn)了其他意想不到的事情：在某個階段，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，包絡(luò)的內(nèi)邊界延伸到恒星的一個高度敏感區(qū)域。

這個邊界非常湍流，聲速在它上面急劇移動——這種急劇的變化會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別這個階段的恒星并以更高的精度估計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)的不同時間形成恒星。整個銀河系更好的年齡估計有助于我們更詳細(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)

本文轉(zhuǎn)載自對話根據(jù) Creative Commons 許可。閱讀原創(chuàng)文章.

寶寶起名 起名