大质量恒星“闪烁”的奥秘

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翻译：周唯亮

校对：陈昱光

编排：陶邦惠

后台：库特莉亚芙卡 李子琦  徐⑨坤 胡永葳

原文链接：https://www.universetoday.com/151194/massive-stars-mix-hydrogen-in-their-cores-causing-them-to-pulse-every-few-hours-or-days/

图片来源：欧洲南方天文台（ESO）

主序星在其核心中将氢融合，进行核聚变反应，以此来产生所需的能量使其发光，并防止其发生重力坍缩。核心中的氢随着核聚变反应转变为氦，氢的消耗对主序星的演化会造成重要影响。它们需要消耗大量的氢来产生能量并持续发光，而当核心的氢耗尽时，它们将无法再进行核聚变。幸运的是，它们可以通过将更多的氢混合到它们的核心中来解决这个问题。《自然天文学》期刊的一项新研究向我们展示了这种混合是如何发生的。

太阳的内部

图片来源：Kelvin Ma,Wikipedia

对于像太阳这样的恒星，其核心被辐射层包围。该辐射层密度非常大，光子需要数万年的时间才能穿过它。该层中的原子波动不大，因此没有太多的混合。在辐射层上方是对流层，在这一区域有很多原子混合的现象发生。太阳核心中的氢转变为氦，不断地被消耗着，但仍足以供太阳再燃烧数十亿年之久。

如果较大的恒星具有与我们的太阳相似的内部结构，它们对核心中氢的消耗将非常快，当核聚变产生的氦越来越多时，恒星利用氢进行核聚变的能力也将大大减弱。因此，天文学家认为大恒星具有对流核，这将使来自更外层的氢混入核中。 但是，该如何证明这一点呢？

大恒星的内部

图片来源：May Gade Pedersen

这项新研究使用了一种称为星震学的方法，该方法着眼于恒星表面的物质如何移动以及表面的亮度如何变化。尽管其中一些可能是由恒星耀斑引起的，但很大一部分其实是由恒星内部的声波所引起。此过程类似于科学家们通过地震和地震波来研究地球的内部结构。由于恒星的内部振动受其内部密度和运动的影响，所以星震学是研究恒星的一个有力方法。

该团队研究了26颗B型星，这些恒星的亮度会有所波动。这些明亮的蓝色恒星的质量是太阳质量的3至20倍，并且以12小时至5天的频率“闪烁”。利用来自美国宇航局开普勒任务的数据，研究小组能够证明其中许多恒星具有对流核，因此那里的氢可以进行核聚变反应。

一个有趣的结果是，发生核聚变的次数与恒星的年龄无关，并不是随着恒星的老化和变热而增多。相反，发生核聚变的比率是相当可变的。有些恒星的核心很少发生核聚变，而另一些恒星发生核聚变的比率则高出一百万倍。比起恒星的年龄，核聚变反应似乎更与恒星的内部自转量有关。

这一领域还有很多东西需要研究。恒星核心的核聚变程度会影响恒星的寿命和演化。虽然大恒星的寿命通常比太阳短，但它们的寿命可能不仅仅取决于质量。随着未来将星震学应用于更多的恒星研究中，我们很可能会发现核聚变反应中更多的秘密。

参考文献：Pedersen, May G., et al. “Internal mixing of rotating stars inferred from dipole gravity modes.” Nature Astronomy (2021): 1-8.

https://www.nature.com/articles/s41550-021-01351-x.epdf？sharing_token=OocPQehpq7GLmmKmAR2swdRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0OCT3SJ7hGukzZ8Z7FEcmDg90dKvQlb3AfDd4EdPtcYfkKH2e60b_IKof1FzTAWOwRtxoGqrzNlgcABKj_7qr2DzgwN-0Gp8d7JitDE20RGseU1uGAC6ZU-643e7ocpkstu-pemRcTt-uHVdhGCD4JUqKOZELBWS4HQzUt5wc-VTW8OEsDXPG2gEqMp0VWlFXg%3D&tracking_referrer=www.universetoday.com

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

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