中國天文學家揭露恆星活動性與恆星結構演化內在聯繫


中國國家天文台楊卉沁博士、劉繼峰研究員對於恆星活動性與恆星結構,恆星演化及恆星發電機制的關係提出了一整套完整全面的物理圖像和理論解釋。這對於恆星活動性領域乃至恆星的結構演化具有非常重要的意義。

在過去四十年裡,對於恆星活動性與恆星結構和演化關係的理解取得了長足的進步,活動性—週期關係的發現就是其中的一個里程碑。它揭示了恆星的活動性與演化之間的直接聯繫。然而,這其中仍然有許多重大的、根本性的問題亟需解決,比如,為什麼在這個關係中有一個非常尖銳的活動性轉變?這個關係對於不同發電機制和質量的恆星意味著什麼?

楊卉沁和劉繼峰的研究正是從這個關係出發,基於恆星的耀發活動性,提出一整套完整的行動方案,清晰解釋了恆星活動性與結構演化和發電機制的關係,以及其中的動態變化過程。

劉繼峰表示,該研究提出了一個獨特的研究方法和分析視角,這相對於傳統的活動性方法有很多的優點。 由於刻卜勒(Kepler)計劃的展開,系統的恆星耀發研究成為了可能。它使我們可以展開耀發的統計研究,從而從耀發活動性的角度去審視現有的恆星活動性及結構演化理論。對於我們而言,抓住總體的物理圖像和分辨局部的重要物理參量都至關重要。

楊卉沁等人從超過二十萬顆星的觀測樣本中,找到了超過三千四百顆耀發星併計算了他們的耀發活動性。這些星的類型從A型到M型,跨越了整個赫羅圖(Hertzsprung–Russell diagram)。研究發現,活動性—週期關係在晚型星與前人的研究結果是一致的。然而當研究人員貫穿整個赫羅圖來考慮這個關係時,一個有趣的事實出現了。這個關係隨著恆星有效溫度的增加逐漸混合和彌散,直至在早型星的時候幾乎消失,這個動態的過程可參加圖2。

楊卉沁表示,一個非常有趣的問題是這個變化趨勢的背後原因是什麼?因為在過去的研究中羅斯比數被認為是這個關係中唯一的變量,而這個變化並不與羅斯比數(Rossby number)相關。

而這個研究正是解釋了這個問題。它結合多個觀測事實和理論研究,並引入年齡—週期理論,提出了一整套的行動方案來說明這個動態變化過程和其物理實質,並解釋了背後的活動性與結構演化和發電機制的關係。其核心理論如下:C型和I星發電機制產生不同的活動性,C型發電機制依賴於恆星的有效溫度而不是周期,I型發電機制依賴於羅斯比數,當這兩種發電機制星是K和M型星時,他們有明確的不同的自轉週期,它們的活動性區域也就自然被分開。隨著溫度的增加,C型星的活動性逐漸對溫度敏感。同時其角動量的損失率也加快,從而在相同年齡下造成了更長的自轉週期。這兩種變化造成了這兩種星在活動性—週期圖上的逐漸混合,也即我們看到的動態變化過程。

劉繼峰表示,我們呈現出活動性—週期關係的整體圖像,它在赫羅圖上是一個動態變化的過程,而這個動態過程啟發我們重新去審視經典的活動性—週期關係表達式以及它們所對應的關係。楊卉沁和劉繼峰也最終提出反映物理本質和更大適用範圍的新的表達式。

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文將會刊登在《天體物理學報增刊》

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