三颗红巨星

深蓝色的畅想

科学家预测，我们的星球注定要灭亡。在几十亿年后，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。
恒星的核心是理解一系列恒星体的关键，从原恒星到白矮星，因为它们核心深处隐藏着一种可以塑造恒星命运的无形力量：磁场。
恒星表面附近的磁场通常被很好地描述，但它们的核心发生了什么大多是未知的。这种情况正在改变，因为红巨星特别适合研究恒星深处的磁力。科学家们通过使用星震（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，可以让物理学家非常灵敏地探测核心。
去年，图卢兹大学的一个研究小组解码了这些振荡，并测量了三颗红巨星内的磁场。今年早些时候，同一团队在另外11颗红巨星内部探测到了磁场。
在恒星心脏附近，磁场在恒星内部的化学混合中起着至关重要的作用，这反过来又会影响恒星的演化方式。通过完善恒星模型并包括内部磁力，科学家们将能够更准确地计算恒星年龄。这种测量可以帮助确定潜在宜居的遥远行星的年龄，并确定星系形成的时间表。
奥地利科学技术研究所的天体物理学家Lisa Bugnet说：“我们没有将磁性纳入恒星建模，这很疯狂，因为我们不知道它看起来如何或它有多强大。”
探测恒星心脏的唯一方法是星震学，即对恒星振荡的研究。就像在地球内部荡漾的地震波可以用来绘制地球的地下景观一样，恒星振荡为恒星的内部打开了一扇窗户。恒星在等离子体搅动时振荡，产生的波携带着有关恒星内部组成和旋转的信息。Bugnet将这个过程比作一个铃铛——铃铛的形状和大小会产生一种特定的声音，揭示铃铛本身的特性。
为了研究震颤的巨人，科学家们使用了美国宇航局的行星狩猎开普勒望远镜的数据，该望远镜多年来一直监测着超过180,000颗恒星的亮度。它的灵敏度使天体物理学家能够探测到与恒星振荡相关的星光的微小变化，这会影响恒星的半径和亮度。
但是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，以及频率较低且主要局限于内部核心的重力模式（g模式）。对于像太阳这样的恒星，p模式主导着它们可观测的振荡；它们的g模式受内部磁场的影响，太弱而无法探测到，也无法到达恒星的表面。

2011年，鲁汶大学天体物理学家保罗·贝克（Paul Beck）及其同事使用开普勒数据表明，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心脏的工具——它们允许天文学家看到g模式振荡，并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态包层慢得多，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关键的东西：磁性。
去年，现在在鲁汶大学（KU Leuven）的星震学家李刚挖掘了开普勒看到的红巨星。他正在寻找一种混合模式信号，该信号记录了红巨星核心的磁场。令人惊讶的是，他实际上发现了这种现象的几个例子。
通常，红巨星中的混合模式振荡几乎是有节奏地发生的，产生对称信号。Bugnet和其他人曾预测磁场会破坏这种对称性，但没有人能够做出这种棘手的观察——直到李刚的团队。
李和他的同事们发现了一个巨大的三重奏，它们表现出预测的不对称性，他们计算出每颗恒星的磁场很强，与预测一致。然而，三颗红巨星中的一颗让他们感到惊讶：它的混合模式信号是落后的。图卢兹的研究作者和天体物理学家塞巴斯蒂安·德赫维尔斯（Sébastien Deheuvels）说。Deheuvels认为，这一结果表明恒星的磁场是倾斜的，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检测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模式的性质。Deheuvels指出，这可能提供了一种超越红巨星并检测恒星中磁场的方法，这些磁场没有显示出那些罕见的不对称性。但首先，得找到表现出这种行为的红巨星的数量，并将它们与形成这些磁场的不同场景进行比较。
鲁汶大学的天体物理学家康尼·阿尔茨（Conny Aerts）说：“利用星震来研究恒星的内部，开启了恒星演化研究的‘复兴’。文艺复兴让我们对恒星的理解和我们在宇宙中的位置有着深远的影响。到目前为止，我们只知道一颗恒星的确切年龄——我们的太阳，科学家根据太阳系诞生期间形成的陨石的化学成分确定。对于宇宙中所有其他恒星，我们只能根据旋转和质量来估计年龄。加上内部磁性，你就有办法更精确地估计恒星的年龄。”
Deheuvels说：“年龄不仅仅是一个数字，而是一个工具，可以帮助回答关于宇宙的一些最深刻的问题。以寻找外星生命为例。自1992年以来，科学家们已经发现了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。这包括了解地球的年龄。你知道它年龄的唯一方法是知道主星的年龄。”
另一个需要精确恒星年龄的领域是星系考古学，研究星系是如何组成的。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。但是没有一个很好的时间表来说明这种情况何时发生——推断的恒星年龄不够准确。
对恒星内磁场的研究仍处于起步阶段；在了解恒星如何演化方面，有许多未知数。大自然比我们更有想象力。

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