紅巨星的緩慢脈動成因有新解釋


許多紅巨星發出緩慢且穩定的脈動有了能夠解釋的成因。根據一項新的分析資料顯示,這些神秘的亮度波動不是由恆星內部機制所引起,而是由它的伴星在吸收這顆垂死恆星的塵埃雲間歇性遮蔽所導致。

當低於太陽質量八倍左右的中型恆星到達生命終點時,它們會經歷一些戲劇性變化。它的核心將所有的氫都融合為氦時,內部的核融合停止,核心開始收縮,會把更多的氫帶進核心附近的區域,形成一個氫外殼,然後,表面的核融合再次開始,這又稱為氫外殼燃燒。

在這段時間,恆星的外層膨脹很多。當這種情況最終發生在太陽時,它會膨脹到超過地球的軌道,這是恆星演化中的紅巨星分支。紅巨星的亮度經常在一定的週期內有不同的波動現象,這是由於恆星膨脹、收縮的過程時,波與波之間在恆星內部持續反彈造成。

另一個較長的波動過程被稱為「長次週期」則更加神秘,它比一般的波動週期更長,並非所有巨型分支恆星都有「長次週期」,但是觀測資料證明很多都有,科學家已經在所有已知的巨型分支恆星中的三分之一裡發現它們有同樣的特徵,但前述的方法並沒法解釋這個「長次週期」的成因。

為了弄清這一謎團的真相,波蘭華沙大學的一組研究團隊對具有「長次週期」的紅巨星進行深入研究,根據現有的調查數據,他們整理了一萬六千顆恆星的光學和中紅外光觀測數據,從中提取了大約七百顆恆星,並繪製光度變化曲線圖。在所有恆星的光度變化曲線圖分析中,如預期的那樣,有一個很大的下降,這與恆星變暗的週期相對應。但其中大約有一半的恆星在紅外線波段上,會出現第二次較淺的波,而且反而是亮度微升。

研究團隊認為,中紅外線的亮度降低通常是由塵埃吸收了星光所引起,這可以很好地解釋紅巨星周圍發生的事情。如果一顆恆星正在由一顆較小的伴星圍繞並吸走該恆星的物質,拖着一條長長的塵埃雲,那麼當它從我們和恆星之間的視線上經過時,會使所有波長的星光下降。然後,當這個塵埃雲繞到恆星的另一側時,我們將能夠看到中紅外線,因為星光會吸收並重新發光。

根據研究小組的分析,光度變化曲線的振幅顯示,這種伴星可能是一顆質量很低的恆星,或者是一顆棕矮星,如果這些伴星是棕矮星,它們可能原本是較小的系外行星,從紅巨星的外殼吸收物質,這表示大多數「長次週期」較長的紅巨星的軌道上曾經有系外行星,這一發現同時也可以讓「長次週期」巨型分支恆星用作研究銀河系行星數量的標記。

【圖:互聯網;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2021年4月16日出版的《天體物理學快報》

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