对 3 个太阳质量恒星的模拟显示了中央对流核心以及它在恒星内部其他部分产生的波。 学分：菲利普·埃德尔曼
天文学家通常将大质量恒星称为宇宙的化学工厂。 他们通常在壮观的超新星中结束生命，这些事件形成了元素周期表上的许多元素。 元素核如何在这些巨大的恒星中混合，对我们理解它们在爆炸前的演化产生了重大影响。 它也代表了科学家研究其结构和进化的最大不确定性。
由加州大学圣巴巴拉分校 Kavli 理论物理研究所的博士后学者 May Gade Pedersen 领导的天文学家团队现在通过观察这些恒星内部深处的波来测量这些恒星集合内的内部混合。 虽然科学家们之前已经使用过这种技术，但这篇论文标志着第一次在如此庞大的恒星群中完成了这项工作。 结果发表在 自然天文学，表明内部混合非常多样化，与恒星的质量或年龄没有明显的相关性。
恒星在其核心深处的大部分时间里都将氢融合成氦。 然而，特别大质量恒星的聚变如此集中在中心，以至于它导致了一个类似于一锅沸水的湍流对流核心。 对流以及旋转等其他过程有效地从核心去除氦灰，并用外壳中的氢气代替它。 这使恒星的寿命比其他预测的要长得多。
天文学家认为，这种混合源于各种物理现象，如地球内部的自转和内部地震波。 血浆 被对流核心激发。 然而，该理论在很大程度上不受观测的约束，因为它发生在恒星内部的深处。 也就是说，有一种间接凝视恒星的方法：星震学，对恒星振荡的研究和解释。 该技术类似于地震学家如何利用地震探测地球内部。
混合将熔化的物质运走，并用来自恒星外层的更多氢燃料取而代之。 学分：May Gade Pedersen
“对恒星振荡的研究挑战了我们对恒星结构和演化的理解，”佩德森说。 “它们使我们能够直接探测恒星内部，并与我们的恒星模型的预测进行比较。”
Pedersen 和她来自 KU Leuven、哈瑟尔特大学和纽卡斯尔大学的合作者已经能够使用星震学推导出此类恒星集合的内部混合。 这是第一次实现这样的壮举，这要归功于 26 颗缓慢脉动的 B 型恒星的新样本，这些恒星从 美国航空航天局的开普勒任务。
缓慢脉动的 B 型恒星的质量是太阳的三到八倍。 它们在 12 小时到 5 天的时间尺度上扩展和收缩，并且亮度变化最多可达 5%。 Pedersen 解释说，它们的振荡模式对核心附近的条件特别敏感。
“现在已经通过观测测量了恒星内部的内部混合，结果证明在我们的样本中是多种多样的，有些恒星几乎没有混合，而另一些则显示出高一百万倍的水平，”佩德森说。 事实证明，多样性与恒星的质量或年龄无关。 相反，它主要受内部旋转的影响，尽管这不是唯一起作用的因素。
她补充说：“这些星震结果最终使天文学家能够改进大质量恒星内部混合的理论，迄今为止，该理论仍未被直接来自其内部深处的观测校准。”
天文学家测量恒星振荡的精度直接取决于观察恒星的时间。 将时间从一晚增加到一年会导致振荡频率的测量精度提高一千倍。
“梅和她的合作者确实以一种新的、深刻的方式展示了星震观测作为恒星深层内部探测的价值，”格鲁克理论物理学教授、KITP 主任拉尔斯·比尔斯滕说。 “我很高兴看到她接下来会发现什么。”
目前可用的最佳数据来自开普勒太空任务，该任务连续四年观察同一片天空。 缓慢脉动的 B 型恒星是望远镜观测到的质量最高的脉动恒星。 虽然其中大多数都太小而不能成为超新星，但它们确实与更大的恒星化工厂具有相同的内部结构。 佩德森希望从研究 B 型恒星中获得的见解能够阐明它们更高质量的 O 型对应恒星的内部运作。
她计划使用来自美国宇航局凌日系外行星调查卫星的数据（TESS) 研究 OB 协会中的振荡大质量恒星群。 这些群包括 10 到 100 多颗质量介于 3 到 120 个太阳质量之间的大质量恒星。 她解释说，OB协会中的明星来自同一个分子云，年龄相似。 大量的恒星样本，以及它们共同年龄的限制，为研究大质量恒星的内部混合特性提供了令人兴奋的新机会。
除了揭示隐藏在恒星内部的过程之外，对恒星振荡的研究还可以提供有关恒星其他特性的信息。
“恒星振荡不仅使我们能够研究恒星的内部混合和旋转，还可以确定其他恒星属性，例如质量和年龄，”佩德森解释说。 “虽然这两个都是最基本的恒星参数，但它们也是最难测量的参数之一。”
参考：May G. Pedersen、Conny Aerts、Péter I. Pápics、Mathias Michielsen、Sarah Gebruers、Tamara M. Rogers、Geert Molenberghs、Siemen Burssens、Stefano Garcia 和 Dominic M 的“从偶极引力模式推断的旋转恒星的内部混合” . 鲍曼，10 年 2021 月 XNUMX 日， 自然天文学.
DOI：10.1038 / s41550-021-01351-x
