星星不会像天文学家认为的那样随着年龄增长而减速

中年恒星进入巡航控制状态,抑制了它们的磁场,并抵抗科学家预期的减速

On August 31, 2012 a long filament of solar material that had been hovering in the sun's atmosphere, the corona, erupted out into space at 4:36 p.m. EDT

当恒星旋转时,它们会呼出持续不断的带电粒子,这些粒子附着在恒星强大的磁场上。就像芭蕾舞演员伸展手臂一样,磁化的恒星风逐渐减缓恒星的自转。老年恒星自转速度较慢的观点,几十年来一直是恒星天文学的核心假设。

但在过去的几年里,一个天文学家团队已经开始改写恒星的芭蕾舞。研究人员已经意识到,在恒星生命的中途,恒星舞者会收回手臂,并在数十亿年的时间里保持稳定的自转。在一项新的研究中,该研究已被《天体物理学杂志通讯》接受发表,科学家们调查了这种转变发生在哪里。他们的工作表明,太阳已经开始为最后的收缩做准备。这个假设有可能解决一些长期存在的关于太阳的谜团,并有助于寻找我们太阳系以外的生命。

恒星进入巡航控制状态而不是继续减速的观点最初遭到了天文学家的很多抵制,但最近信心有所增强。“从观测上看,现在的情况令人信服,”太空望远镜科学研究所的天文学家大卫·索德布洛姆说,他没有参与这项新研究,最初对这个提议持怀疑态度。越来越多的发现指向了我们对恒星磁场随时间演变方式理解上的差距。“这是一件大事——那是我们不了解的太阳物理学的一个重要方面,”索德布洛姆补充道。


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科学家在 20 世纪 70 年代首次认识到,恒星风与其磁场相互作用会产生“磁制动”效应,随着时间的推移会减缓其自转。2003 年,研究人员开始使用这种关系通过测量恒星的自转来估算恒星的年龄,现在这已成为一种广泛使用的过程,称为星震年代学。一直以来,科学家们都期望这种关系适用于所有年龄段的恒星,尽管它只在比太阳年轻的恒星上进行过测试。

然后,在 2016 年,夏威夷大学的天文学家詹妮弗·范·萨德斯在开普勒太空望远镜捕获的 21 颗恒星样本中发现了一个惊喜。恒星的自转速度如预期般减慢,直到恒星达到与太阳年龄相仿的年龄,此后自转速度趋于稳定

“有些事情与我们预期的完全不同,”范·萨德斯说。“基本上,在恒星生命的中途,它们的自转发生了根本性的变化。”

在随后的几年里,范·萨德斯和她的同事扩大了他们的观察范围,观察了数万颗恒星,使用不同的技术检查了这些恒星的自转,并且这种趋势一直存在。科学家们现在认为,当速度低于某个值时,恒星的自转力不足以重新分配磁能,并且恒星失去了产生大规模磁场的能力。在没有强磁场的情况下,恒星风无法延伸那么远,恒星实际上切断了其自转的刹车。

该团队最新的、尚未发表的研究纳入了来自飞马座 51 的大量数据,飞马座 51 是著名的第一颗被发现有行星绕其运行的类太阳恒星,该行星位于我们的太阳系之外。研究人员从各种望远镜中提取观测数据,以衡量该恒星磁场的强度及其风中释放的物质数量。通过使用对恒星特性的额外测量,他们估计了恒星风施加的扭矩,他们发现该扭矩比标准模型预测的弱约 10 倍。

智利天主教大学的天文学家胡里奥·查纳梅说,这些发现“代表了政权更迭的令人信服的证据”,他没有参与这项研究。今年 6 月,查纳梅和他的同事展示了星震年代学关系如何通过观察具有宽轨道的恒星对失效,这进一步证实了磁制动减弱的假设。总之,这些发现表明,对于成熟的恒星,您不能完全通过观察它们旋转的速度来猜测它们的年龄

恒星巡航控制的开始还将恒星分为两个不同的类别:正在减速的恒星和没有减速的恒星。太阳似乎正处于这种转变的边缘,范·萨德斯和她的同事怀疑太阳正在经历一场身份危机,同时正在进入其稳定状态。这可以解释太阳数十年来反复无常的磁活动暂停,这几个世纪以来一直困扰着天文学家。“太阳的这种长期静止状态将随着时间的推移变得更长,并且随着时间的推移变得更加频繁,直到最终,太阳变得非常平静,”白矮星研究公司的天文学家特拉维斯·梅特卡夫说,他是该团队新论文的合著者。

在那种更平静的状态下,恒星不太容易发生辐射和等离子体的剧烈爆发,这些爆发可能会对附近的行星造成严重破坏,从而为生命的形成创造更稳定、更有利的环境。梅特卡夫建议,未来的太空任务可以通过将搜索范围缩小到超出这种转变的恒星,来提高他们找到宜居系外行星的几率。

展望未来,科学家们计划研究恒星进入更紧密旋转状态的速度有多快,以及这对它们的磁场有何影响。“我们仍然有很多悬而未决的问题,”范·萨德斯说。但她补充说,现在有一件事是清楚的:“年长的芭蕾舞女演员仍然有一些旋转能力。”

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