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    一点儿也不罕见,8%的红巨星有黑子,其中15%还是双星系统

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      居里夫人

      研究发现红巨星黑子比之前认为的更为常见,在发表在《天文学与天体物理学》期刊上的研究中,由马克斯·普朗克太阳系研究所(MPS)领导的研究表明:大约8%的红巨星显示出这些黑子(就是太阳上的那种黑子),黑子是恒星表面强磁场的表现形式。这些磁场是在恒星内部深处产生,这一过程需要对流和恒星的快速旋转。虽然红巨星通常被认为是缓慢旋转的恒星,但那些有黑子的显然是个例外。

      一点儿也不罕见,8%的红巨星有黑子,其中15%还是双星系统

      研究全面分析了这些红巨星自转周期短的原因,从与另一颗近邻恒星的强制同步,到吞噬恒星或行星,再到发展早期较快的初始自转速度。太阳最显著的特征之一是太阳黑子,与表面的其他部分相比,太阳黑子的区域相对较暗,其中一些区域即使在没有放大的情况下也能从地球上看到。许多其他恒星,像太阳一样正处于生命的鼎盛时期,也被黑子覆盖着。

      一点儿也不罕见,8%的红巨星有黑子,其中15%还是双星系统

      而且在处于恒星演化后期阶段的红巨星中,黑子以前被认为是罕见的。这种差异的原因可以在恒星内部找到,在恒星发电机过程中,导电等离子体电流和旋转的相互作用会产生恒星磁场,然后被冲到表面。在一些地方,特别强的磁场会阻止热等离子体向上流动。这些区域看起来很暗,构成了恒星黑子。旋转和对流都是形成表面磁场和黑子的关键因素,有外层对流层的恒星有可能通过发电机作用产生表面磁场。

      8%红巨星有黑子

      但只有当恒星旋转得足够快时,磁活动才能被检测到。到目前为止,研究人员一直认为几乎所有的红巨星,围绕轴旋转的速度都相当慢。毕竟,当恒星在生命接近尾声时发展成红巨星时,它们会戏剧性地膨胀,其结果是旋转速度变慢了,就像花样滑冰运动员张开双臂做旋转一样。这项新研究现在描绘了一幅不同的图景,在观测到的红巨星中,约有8%的旋转速度足够快,足以形成黑子。

      一点儿也不罕见,8%的红巨星有黑子,其中15%还是双星系统

      研究搜寻了美国宇航局开普勒太空望远镜在2009年至2013年记录的约4500颗红巨星测量数据,以寻找黑子的证据。黑子会减少恒星向太空发射的光量,由于黑子通常在几个月内只会有轻微的变化,所以会逐渐旋转出望远镜的视野,然后在一段时间后再次出现,所以这会产生典型、有规律重复出现的亮度波动。科学家研究了为什么有黑子的红巨星旋转得如此之快的问题,以及弄清楚是如何聚集必要的能量。

      一点儿也不罕见,8%的红巨星有黑子,其中15%还是双星系统

      研究的主要作者帕特里克·高梅博士说:为了回答这些问题,必须尽可能多地确定恒星的性质,然后把它们的全貌拼凑在一起。例如,在阿帕奇点天文台,研究人员研究了一些恒星的星光波长是如何随时间变化的,这样就可以得出关于它们确切运动的结论。研究还观察了亮度的快速波动,这些波动叠加在由恒星黑子引起的较慢亮度上。较快波动是压力波通过恒星内部传播到其表面的表现形式。

      15%是双星系统

      包含许多恒星内部属性的信息,例如恒星的质量和年龄。分析显示,大约15%有黑子的巨星属于双星系统,通常由一个红巨星和一个较小且质量较小的伴星组成。在这样的双星系统中,两颗恒星的旋转速度随着时间的推移是同步的,直到它们像一对花样滑冰运动员一样一致旋转。因此,速度较慢的红巨星获得了动量,比没有伴星的情况下旋转得更快。其他有恒星黑子的红巨星(约85%)是独立运行,但它们旋转得很快。

      一点儿也不罕见,8%的红巨星有黑子,其中15%还是双星系统

      那些质量大致等于太阳的恒星,很可能在演化过程中与另一颗恒星合并,从而获得了速度。质量是太阳两到三倍的一些,回顾了另一个不同的发展,在它们成为红巨星之前的全盛时期,内部结构阻止了逐渐将粒子带离恒星全球磁场的产生。与磁力对应物不同的是,随着时间的推移,它们的旋转速度会越来越慢,而它们的自转速度可能从来没有显著放缓过。即使作为红巨星,它们的旋转速度仍然几乎和它们年轻时一样快。

      一点儿也不罕见,8%的红巨星有黑子,其中15%还是双星系统

      总的来说,在一些红巨星有黑子的共同观测特征背后,研究发现了三组快速旋转的恒星,每一组都有非常不同的解释。因此,难怪这一现象比之前认为的更普遍。像本研究这样的研究,除其他外,揭示了恒星的自转和磁活动的演变,以及它们复杂的相互作用,包括对它们可能承载的行星系统宜居性的影响。这些也都是未来欧空局柏拉图任务的主要目标之一,预计将于2026年底发射。

      一点儿也不罕见,8%的红巨星有黑子,其中15%还是双星系统

      博科园|研究/来自:马克斯·普朗克研究所

      参考期刊《天文学与天体物理学》

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