红巨星核心自转速度是其表面的十倍

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天文学家发现,红巨星(我们太阳最终会变成的那种恒星)的核心自转速度是其表面的十倍。而这发生的原因与我们在地球上也能看到的现象有关。

你可能看过花样滑冰运动员表演所谓的“擦冰旋转”,她开始时手臂和自由腿伸展,然后收回——结果旋转得更快。这发生的原因是一种称为角动量的属性,角动量是衡量物体旋转速度的指标。更具体地说,这发生的原因是物体的角动量——在本例中是花样滑冰运动员——在动作前后必须保持不变。但角动量并非花样滑冰运动员、普通人,甚至地球上的事物所独有的属性。宇宙中每个旋转的物体都具有角动量,并且都必须遵守与花样滑冰运动员相同的物理定律。事实上,就在此刻,在整个宇宙中,恒星都在进行着它们自己的擦冰旋转。

像我们太阳这样的恒星依靠氢为燃料。当恒星耗尽氢时,它被迫燃烧其他燃料。这种转变引发了恒星的变化。恒星的核心坍缩,而外部区域膨胀和冷却,形成一种称为红巨星的恒星。


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我们知道恒星的角动量必须守恒,因此我们也知道,坍缩的恒星核心的自转速度必须比红巨星的表面更快。然而,到目前为止,我们对恒星角动量如何随着恒星演化而变化的理解还不是特别好。

这部分是因为我们无法直接观察恒星核心的自转速度。然而,现在,由比利时鲁汶大学天文研究所的保罗·贝克领导的国际天文学家合作团队,已经找到一种方法,通过使用星震学技术探测恒星内部来测量核心的自转。星震学有点像我们用来研究地震的普通地震学,但它不是观察穿过地球的波,而是观察穿过恒星的波——星震。他们的研究发表在最新一期的《自然》杂志上,并且也可以在arXiv上找到。

贝克和他的同事观察了开普勒太空望远镜观测到的几颗红巨星发出的光线中微小的、规律性的变化。开普勒的主要任务是寻找我们太阳系以外的行星,因此它非常适合探测恒星亮度的极微小变化,因为这是发现恒星是否有行星绕其运行的主要方法。

光线的变化是由传播到恒星内部不同深度的不同波引起的。一旦贝克和他的同事收集了近两年的关于这些变化的数据,他们将他们的数据与理论预测进行了比较,发现恒星的核心自转速度至少是表面的十倍。

这项研究增进了天文学家对恒星不同部分的角动量如何随恒星演化而变化的认识,但仍有许多问题尚未解答。下一步将是研究更大样本的、处于不同生命阶段的红巨星,以更多地了解这些恒星在衰老过程中如何变化,以及我们的太阳的命运。

参考文献

Beck, P., Montalban, J., Kallinger, T., De Ridder, J., Aerts, C., García, R., Hekker, S., Dupret, M., Mosser, B., Eggenberger, P., Stello, D., Elsworth, Y., Frandsen, S., Carrier, F., Hillen, M., Gruberbauer, M., Christensen-Dalsgaard, J., Miglio, A., Valentini, M., Bedding, T., Kjeldsen, H., Girouard, F., Hall, J., & Ibrahim, K. (2011). 引力主导混合模式揭示的红巨星快速核心自转 《自然》, 481 (7379), 55-57 DOI: 10.1038/nature10612

Kelly Oakes has a master's degree in science communication and a degree in physics, both from Imperial College London. She started this blog so she could share some amazing stories about space, astrophysics, particle physics and more with other people, and partly so she could explore those stories herself.

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