中國天文學家在極端水平分支恆星的對流超射研究方面獲進展

中國科學院雲南天文台恆星物理團組李志博士和李焱研究員利用k-omega模型處理恆星內部的對流超射，使極端水平分支恆星（Extreme Horizontal-branch Stars）的對流區質量與星震學分析的結果相近，並發現氦燃燒階段後期的喘息脈動（core breathing pulses）可能是形成高氧含量白矮星的關鍵因素。

極端水平分支恆星位於恆星赫羅圖水平分支的更左邊位置，它們具有比水平分支恆星更高的有效溫度。亞矮B類型恆星（subdwarf B）具有極薄的氫包層，無法維持包層的氫燃燒。亞矮B類型恆星屬於極端水平分支恆星，部分亞矮B類型恆星存在著脈動現象。根據它們的脈動特徵可以分為p模式脈動亞矮B類型恆星和g模式脈動亞矮B類型恆星，少數亞矮B類型恆星（例如：天貓座DW星，DW Lyn star）同時具有p-模式脈動和g-模式脈動。對g-模式亞矮B類型恆星進行星震學分析，可以得到恆星內部的對流核質量（0.22-0.28個太陽質量）。但採用經典的混合長理論得到的亞矮B類型恆星對流核質量遠小於星震學分析所給出的結果。

科研人員將k-omega模型嵌入到恆星演化程序中，處理亞矮B類型恆星內部的對流超射。結果表明利用k-omega模型可以得到更大的對流核質量，在超射區形成一個完全混合區和一個部分混合區。隨著恆星的演化，中心對流核會分為兩個對流區（中心對流核和殼層對流區）。此後，中心對流核質量逐漸增加，直到與殼層對流區合併成一個對流區。在經歷了短暫的合併之後，又會迅速分裂成兩個對流區，這樣的過程在亞矮B類型演化階段會交替進行多次。最後，g-模式sdB模型對流區頂部所包含的恆星質量可以達到0.3個太陽質量，這與星震學分析的結果相符。

在中心氦燃燒後期，亞矮B類型恆星會出現2-3次喘息脈動。p-模式亞矮B類型恆星模型出現了兩次喘息脈動，中心氦燃燒結束時，其中心氧豐度約為0.72；而g-模式亞矮B類型模型出現了三次喘息脈動，使恆星有較高的中心氧豐度（約為0.8）。喘息脈動將殼層的氦帶入中心對流核，與碳反應生成氧，從而大幅增加恆星中心的氧豐度。這可能是形成高氧含量白矮星的關鍵因素。

【圖：維基百科；文：節錄自中國科學院雲南天文台網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2021年12月20日出版的《天體物理學報》 標題是：Convective Overshooting in Extreme Horizontal-branch Stars Using MESA with the k-omega Model