当恒星诞生时，它们的核会随着质量的增加而收缩。当恒星死亡时，它们的核会随着燃料的耗尽而再次收缩，并开始坍缩成白矮星、中子星，甚至在超新星爆炸中变成黑洞。在这两种情况下，收缩的核都会开始旋转得更快，就像花样滑冰运动员收回手臂时一样。
但对恒星的观测揭示了一些奇怪的事情：这些收缩的恒星核并没有像应该的那样加速那么多。例如，在红巨星中——我们的太阳最终会随着年龄增长而变成的那种恒星——核心完成一次旋转需要长达数十天的时间，而物理学预测它应该在几个小时内完成旋转。
有什么东西减慢了这些核心的旋转速度。但究竟是什么？现在，一项新的模拟揭示了可能的罪魁祸首：由湍流维持的磁场，位于恒星内部深处，核聚变产生的能量在这里向外传输。这些磁场被恒星的外部屏蔽，无法被看到。“我们在模拟中观察到的机制深深地埋藏在辐射区域内部，所以你从外面看不到，”法国蔚蓝海岸大学的研究员佛罗伦斯·马科特说。
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马科特与巴黎天文台的路多维克·佩蒂特德曼和法国巴黎高等师范学院的克里斯托夫·吉辛格一起进行了这项研究，该研究于 1 月 19 日发表在《科学》杂志上。先前对恒星自转的研究考察了恒星内部的流体动力学，包括对流，即冷、密物质下沉和热、低密度物质上升所引起的能量转移。但这些力不足以解释恒星核心动量的损失。因此，马科特说，科学家怀疑恒星内部的磁场也必须发挥作用，但它们究竟是如何形成和维持的却是一个谜。
恒星由称为等离子体的热带电气体组成。当等离子体流动时，带电粒子的运动会产生磁场。到目前为止，恒星减速的主要假设之一认为，这些磁场的拉力，在等离子体运动的放大作用下，减慢了恒星核心的自转。想象一下一个旋转的花样滑冰运动员被同伴轻推，他们旋转的速度因额外的力而减慢。
马科特、吉辛格和佩蒂特德曼专注于恒星的辐射区域——能量通过向外辐射传递的区域，并且没有对流。马科特说，在这些区域，磁场在恒星减速中的作用一直存在争议，因为没有人建立一个适当的数值模型来模拟这些磁场是如何产生的。通过在新研究中模拟这些区域中的等离子体流动，研究人员发现，即使在这里，恒星也可以产生磁场，从而减慢恒星核心的自转速度。这个过程在他们的模拟中以一种意想不到的方式进行：最初，有序的等离子体流动呈指数级地增强了这些区域的磁场。反过来，增强的磁场产生了它们自己的恒星物质湍流。这种混乱的湍流运动进一步增强了每个磁场，反过来又加强了湍流，形成了一个自我维持的循环，吉辛格说。“在某个时刻，磁场变得如此之大，以至于它会对恒星的内部区域施加扭矩，从而减慢其自转速度，”他说。马科特说，一旦这种模式建立起来，磁场和湍流就会继续相互维持，即使恒星中的条件发生变化，导致这些混乱运动的可能性降低。
纽约市熨斗研究所的天体物理学家马泰奥·坎蒂埃洛说，这项新研究很重要，他没有参与这项研究。太阳目前比地球大 100 倍左右。他说，有一天，我们的家园恒星将坍缩成一颗与地球直径相同的白矮星。今天太阳的大部分质量将压缩到那个更小的空间里。如果不了解正确的潜在物理原理，就不可能理解太阳和其他衰老恒星将如何演变。
坎蒂埃洛说，新的模拟可能无法捕捉到真实恒星中发生的所有复杂情况。但如果它在匹配开普勒太空望远镜等望远镜对恒星的实际观测方面比以前的模型做得更好，它将成为恒星物理学的新范式。
科学家们也希望在未来更深入地探索恒星的内部生命。一个相对较新的领域被称为星震学，它研究恒星外部可探测到的波，以推断内部正在发生的事情。坎蒂埃洛说，星震学已经在提供更多关于恒星核心在其生命周期内的旋转信息。将来也有可能探测到新模拟中发现的磁场的踪迹。“最近，”马科特说，“人们已经开始推断恒星深层区域的磁场测量值。这在以前是不可能的。”