揭開恒星內(nèi)部神秘磁域的面紗

　　——星震學研究顯示紅巨星內(nèi)含強大磁場

　　本報記者 華凌

　　■今日視點

　　迄今為止，盡管恒星表面的磁場可被人們觀察到，但其內(nèi)部的那些磁場仍然是科學家無法企及的，所以，在天文學上恒星內(nèi)部磁場的研究之難是出了名的！

　　10月23日，一個國際聯(lián)合研究團隊在《科學》雜志上刊登論文稱，首次探測到發(fā)展至紅巨星階段的恒星內(nèi)部神秘磁域的“衰減”活動，并發(fā)現(xiàn)它們是強磁化的，這將有助于天文學家更好地了解恒星生命歷程的演變。

　　星震學研究恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，該論文的題目為“星震學可以揭示紅巨星強大的內(nèi)部磁場”。星震學技術(shù)可用于觀測恒星振蕩特性并結(jié)合理論分析來研究恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在科學家使用該技術(shù)能夠計算出幾十個紅巨星中心的磁場強度。

　　加州理工學院博士后研究員吉姆·富勒指出：“與醫(yī)學超聲的原理——利用聲波產(chǎn)生人體內(nèi)部的圖像一樣，星震學技術(shù)通過恒星表面湍流產(chǎn)生的聲波，來探測其內(nèi)在的特性。”磁場很有可能決定恒星內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)速度，此速度對恒星演化的影響巨大，因此對磁場的研究將有助了解恒星的演變。

　　此前，天文學家僅能研究恒星表面磁場，并使用超級計算機模型模擬其核心附近核聚變過程發(fā)生的區(qū)域。富勒說：“不過我們?nèi)匀徊恢廊祟愃谔栂档奶栔行氖鞘裁礃幼印?rdquo;

　　紅巨星內(nèi)部捕獲波的轉(zhuǎn)換

　　當一顆恒星度過它漫長的青壯年期——主序星階段，步入老年期時，它將變?yōu)橐活w紅巨星。紅巨星與所謂的主序恒星，如我們的太陽，有著不同的物理組成，很適合星震學的研究。紅巨星的核心比年輕恒星的密度要大得多，聲波能被轉(zhuǎn)換成另一類的波——重力波。

　　該論文共同作者、加州大學圣芭芭拉分校理論物理研究所恒星天體物理學專家馬泰奧·坎蒂說：“研究結(jié)果表明，我們在紅巨星里看到的重力波，一直會傳播到這些恒星的中心。”

　　富勒表示，從聲波到重力波的這種轉(zhuǎn)換，是紅巨星經(jīng)歷的微小形狀變化或振蕩的結(jié)果。根據(jù)它們的大小和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，恒星以不同的模式振蕩。在一種稱為偶極子模態(tài)的振蕩形式里，恒星的一個半球會變得更亮而其他部分會變得更黯淡。天文學家通過測量其隨時間變化的光，可以觀察恒星的振蕩。

　　當強磁場出現(xiàn)在恒星的核心，該領(lǐng)域可以破壞重力波的傳播，導致一些波失去能量，并被困在核心。富勒及其合作者創(chuàng)造出一個新名詞——“磁溫室效應”來形容這一現(xiàn)象，因為其運作類似于地球的溫室效應。紅巨星內(nèi)部捕獲的引力波導致了一些恒星振蕩的能量損失，而其結(jié)果要比偶極子模態(tài)預期小。

　　2013年，美國國家航空航天局用開普勒太空望遠鏡來測量恒星的亮度變化，在幾個紅巨星里探測到偶極子模態(tài)的衰減。澳大利亞悉尼大學天文學家丹尼斯·斯特洛把開普勒的數(shù)據(jù)分享給正在關(guān)注此方面研究的富勒和坎蒂·耶洛。一起合作的理論物理研究所主任拉爾斯·比爾德斯藤與法國替代能源和原子能委員會拉斐爾共同研究稱，磁溫室效應是在紅巨星里對偶極子模態(tài)衰減最可能的解釋。計算結(jié)果顯示，紅巨星的內(nèi)部磁場強度要比地球磁場強1000萬倍。

　　恒星內(nèi)有磁域令人興奮

　　未參加這項研究的加州理工學院理論天體物理學教授菲尼教授評價說：“這是令人興奮的發(fā)現(xiàn)，因為恒星內(nèi)部的磁域?qū)τ谄渥罱K命運的演變起著重要作用。”

　　對恒星內(nèi)部磁場的進一步了解，也有助于解決有關(guān)某些中子星和白矮星表面強磁場起源問題的爭論。中子星是恒星退化而成的一種天體，而白矮星則是恒星的一種晚期形態(tài)。

　  菲尼說：“在紅巨星核內(nèi)發(fā)現(xiàn)的磁域可與白矮星的強磁場相媲美。”

　　星震學技術(shù)還沒有用于研究我們的太陽。富勒說：“恒星振蕩是我們探測恒星內(nèi)部的最佳利器，因此未來將會有更多意想不到的現(xiàn)象被揭示。”

華凌