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天文学家探测星体神秘内部区域的磁场

发布时间:2018-05-16

来自加州理工学院的天文学家第一次探测了恒星内部区域的磁场,揭示了它们被强磁化。 / em

科学家使用称为asteroseismology的技术,能够计算数十颗红巨星融合动力心脏中的磁场强度,这些恒星是我们太阳的演变版本。

“就像医学超声波使用声波对人体内部进行成像一样,星系震荡学使用由恒星表面湍流产生的声波来探测它们的内部特性,”加州理工学院博士后研究员吉姆富勒说,他共同领导了详细研究的新研究。

这项研究发表在10月23日的“科学”杂志上,将帮助天文学家更好地了解恒星的生死。磁场可能决定了恒星的内部旋转速率;这样的速度对恒星的演变有着巨大的影响。

到目前为止,天文学家只能在其表面上研究恒星的磁场,并且不得不使用超级计算机模型来模拟核聚变过程发生的核心附近的场。 “我们仍然不知道我们自己的太阳的中心是什么样子,”Fuller说。

红色巨人与所谓的主序星形体(如我们的太阳)有着不同的物理组成,这使得它们成为星形心理学的理想选择(1962年出生在加州理工学院的一个领域,当时的物理学家和天文学家罗伯特·莱顿发现了太阳振荡在威尔逊山使用太阳望远镜)。红巨星的核心比年轻的恒星更密集。因此,声波不会像核心那样反射出来,就像它们在我们的太阳那样的恒星中一样。相反,声波被转换成另一类波,称为重力波。

“我们在红巨星中看到的重力波确实传播到这些恒星的中心,”共同主编作者Matteo Cantiello说,他是加州圣塔芭芭拉分校Kavli理论物理研究所的恒星天体物理专家( KITP)。

从声波到重力波的这种转换对红色巨人经历的微小形状变化或振荡具有重大影响。 “根据它们的大小和内部结构,恒星以不同的方式摆动,”Fuller说。在一种称为偶极模式的振荡模式中,恒星的一个半球变得更亮,而另一半球变暗。天文学家通过测量它的光线随着时间的变化来观察这些恒星的振荡。

当一个恒星的核心存在强磁场时,这些磁场可能会扰乱重力波的传播,导致一些波浪失去能量并被困在核心内。富勒和他的合着者用“磁性温室效应”一词来形容这一现象,因为它与地球上的温室效应类似,大气中的温室气体有助于捕获来自太阳的热量。重力波在红色巨星内的俘获会导致恒星振荡的一些能量消失,结果是比预期的偶极子模式更小。

2013年,美国宇航局的开普勒空间望远镜可以以非常高的精度测量恒星亮度变化,并在几个红色巨星中检测到偶极模式衰减。悉尼大学的天文学家Dennis Stello将开普勒数据引入了Fuller和Cantiello的注意。科学家与法国替代能源与原子能委员会的KITP主任Lars Bildsten和Rafael Garcia合作,表明磁性温室效应是红巨星偶极模式阻尼的最可能解释。他们的计算表明,红色巨人的内部磁场比地球磁场强多达1000万倍。

“这非常令人兴奋,因为内部磁场对恒星的演化和最终命运起着重要作用,”理论天体物理学教授Sterl Phinney说,加州理工学院的天文学执行官员没有参与这项研究。

更好地理解恒星的内部磁场也有助于解决关于某些中子星和白矮星表面上强磁场的起源的争论,这两颗恒星的尸体在恒星死亡时形成。

Phinney说:“他们在红巨星核心中发现的磁场与强磁化白矮星的磁场相当。 “事实上,只有一些红巨星显示偶极子抑制,这表明强核心领域,可能与为什么只有一些恒星在死后留下强磁场的残余物有关。”

团队用来探测红巨星的星尘思想技术可能不适用于我们的太阳。 “然而,”富勒说,“恒星振荡是我们对恒星内部最好的探测,所以可能会有更多的惊喜。”

这篇论文的标题是“Asteroseismology可以揭示红色巨星中强烈的内部磁场”。除了Fuller,Cantiello,Garcia和Bildsten之外,另一位合着者是悉尼大学的Dennis Stello。 Jim Fuller得到了美国国家科学基金会和加州理工学院的Lee A. DuBridge博士后研究员的支持。

这项工作是在网上合作编写的。可以在Authorea上找到已发表论文的开放式科学版本,其中包括一篇非专业人员的总结。

出版物:Jim Fuller等人,“Asteroseismology可以揭示红色巨星的强内部磁场,”Science 23 October 2015:Vol。 350没有。 6259第423-426页; DOI:10.1126 / science.aac6933

来源:Ker Than,Caltech

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