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  • 像洋葱一样,在太阳内部是分层的,而且热量传输由等离子体流主导

    在太阳内部结构是分层的,像洋葱一样,在那些温度与太阳相似的恒星中,核心紧随其后的外层是辐射区,在那里,来自恒星内部的热量通过辐射被引向外部。当恒星等离子体变得更冷时,热量传输由等离子体流主导:热的等离子体从内部上升到表面,冷却,然后再次下沉,这个过程叫做对流。同时,取决于恒星纬度的恒星自转引入了剪切运动。

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    这两个过程一起扭曲和旋转磁力线,并在尚未完全了解的发电机过程中产生恒星复杂磁场。德国马克斯·普朗克太阳系研究所(MPS)的Jyri Lehtinen博士在《自然天文学》期刊上发表其新研究:不幸的是,我们不能直接观察太阳和其他恒星来观察这些过程,而必须求助于更间接的方法。在他们目前的研究中,研究人员一方面比较了不同恒星的活动水平,另一方面比较了它们的旋转和对流特性。

    像洋葱一样,在太阳内部是分层的,而且热量传输由等离子体流主导

    其研究目标是确定哪些属性对活性有很大的影响,这有助于理解恒星内部“发电机”过程的细节。过去已经提出了几种恒星发电机的模型,但有两种主要的范式盛行。其中一种更强调旋转,只假定对流的细微影响,而另一种则主要取决于湍流对流。在这种类型的对流中,炽热的恒星等离子体不会以大规模、平稳的运动上升到地表,相反,小规模的强劲流动占据主导地位。为了找到这两种范式中的一种或另一种的证据,研究人员第一次观察了224颗截然不同的恒星。

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    研究样本既包括主序恒星,也包括年龄更大、演化程度更高的巨型恒星。可以说,主序恒星正处于生命的鼎盛时期,通常情况下,恒星的对流和旋转属性都会随着年龄的增长而改变。与主序恒星相比,演化的恒星表现出更厚的对流区,通常在恒星直径的大部分范围内扩展,有时甚至完全取代辐射区。这导致对流热量传输的周转时间更长,同时,旋转速度通常会减慢。

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    在研究中,研究人员分析了威尔逊山天文台获得的数据集,该数据集在几年的时间里记录了恒星在恒星等离子体中发现的钙离子典型波长下的辐射,这些排放不仅与恒星的活动水平有关,复杂的数据处理也使得推断恒星的自转周期成为可能。像太阳一样,恒星有时会被极高磁场强度的区域斑驳,也就是所谓的活动区,这通常与恒星可见表面上的暗点(太阳黑子)有关。研究小组的负责人、芬兰阿尔托大学的Maarit Käpylä教授说:

    像洋葱一样,在太阳内部是分层的,而且热量传输由等离子体流主导

    当恒星自转时,这些区域会进入视线,然后离开,从而导致发射亮度周期性的上升和下降。当恒星自转时,这些区域会进入视线,并由此导致发射亮度的周期性上升和下降。然而,由于恒星排放也可能由于其他影响而波动,识别周期性变化,特别是在长时间内是很棘手的。一些恒星显示出几百天的自转周期,令人惊讶的是,磁活动水平仍然与其他恒星相似,而且与太阳的磁周期非常均匀。相比之下,太阳的自转速度相当快,在太阳赤道的自转周期只有大约25天。

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    利用恒星结构模型计算了各恒星的对流周转时间,并考虑了各恒星的质量、化学成分和演化阶段。天文学家的分析表明,恒星的活动水平并不像其他基于更小、更均匀样本(只包括主序星)研究所表明的那样,只取决于它的自转。相反,只有在考虑对流的情况下,才能以统一的方式理解主序恒星和演化恒星的行为,旋转和对流的共同作用决定了恒星活跃度,其研究结果有利于发电机机制,包括湍流对流。

    像洋葱一样,在太阳内部是分层的,而且热量传输由等离子体流主导

    博科园|研究/来自:马克斯·普朗克学会

    参考期刊《自然天文学》

    DOI: 10.1038/s41550-020-1039-x

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