當恆星誕生時，它們的核會隨著質量的增加而收縮。當恆星死亡時，它們的核會隨著燃料的耗盡而再次收縮，並開始坍縮成白矮星、中子星，甚至在超新星爆炸中變成黑洞。在這兩種情況下，收縮的核都會開始旋轉得更快，就像花樣滑冰運動員收回手臂時一樣。
但對恆星的觀測揭示了一些奇怪的事情：這些收縮的恆星核並沒有像應該的那樣加速那麼多。例如，在紅巨星中——我們的太陽最終會隨著年齡增長而變成的那種恆星——核心完成一次旋轉需要長達數十天的時間，而物理學預測它應該在幾個小時內完成旋轉。
有什麼東西減慢了這些核心的旋轉速度。但究竟是什麼？現在，一項新的模擬揭示了可能的罪魁禍首：由湍流維持的磁場，位於恆星內部深處，核聚變產生的能量在這裡向外傳輸。這些磁場被恆星的外部遮蔽，無法被看到。“我們在模擬中觀察到的機制深深地埋藏在輻射區域內部，所以你從外面看不到，”法國蔚藍海岸大學的研究員佛羅倫斯·馬科特說。
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馬科特與巴黎天文臺的路多維克·佩蒂特德曼和法國巴黎高等師範學院的克里斯托夫·吉辛格一起進行了這項研究，該研究於 1 月 19 日發表在《科學》雜誌上。先前對恆星自轉的研究考察了恆星內部的流體動力學，包括對流，即冷、密物質下沉和熱、低密度物質上升所引起的能量轉移。但這些力不足以解釋恆星核心動量的損失。因此，馬科特說，科學家懷疑恆星內部的磁場也必須發揮作用，但它們究竟是如何形成和維持的卻是一個謎。
恆星由稱為等離子體的熱帶電氣體組成。當等離子體流動時，帶電粒子的運動會產生磁場。到目前為止，恆星減速的主要假設之一認為，這些磁場的拉力，在等離子體運動的放大作用下，減慢了恆星核心的自轉。想象一下一個旋轉的花樣滑冰運動員被同伴輕推，他們旋轉的速度因額外的力而減慢。
馬科特、吉辛格和佩蒂特德曼專注於恆星的輻射區域——能量透過向外輻射傳遞的區域，並且沒有對流。馬科特說，在這些區域，磁場在恆星減速中的作用一直存在爭議，因為沒有人建立一個適當的數值模型來模擬這些磁場是如何產生的。透過在新研究中模擬這些區域中的等離子體流動，研究人員發現，即使在這裡，恆星也可以產生磁場，從而減慢恆星核心的自轉速度。這個過程在他們的模擬中以一種意想不到的方式進行：最初，有序的等離子體流動呈指數級地增強了這些區域的磁場。反過來，增強的磁場產生了它們自己的恆星物質湍流。這種混亂的湍流運動進一步增強了每個磁場，反過來又加強了湍流，形成了一個自我維持的迴圈，吉辛格說。“在某個時刻，磁場變得如此之大，以至於它會對恆星的內部區域施加扭矩，從而減慢其自轉速度，”他說。馬科特說，一旦這種模式建立起來，磁場和湍流就會繼續相互維持，即使恆星中的條件發生變化，導致這些混亂運動的可能性降低。
紐約市熨斗研究所的天體物理學家馬泰奧·坎蒂埃洛說，這項新研究很重要，他沒有參與這項研究。太陽目前比地球大 100 倍左右。他說，有一天，我們的家園恆星將坍縮成一顆與地球直徑相同的白矮星。今天太陽的大部分質量將壓縮到那個更小的空間裡。如果不瞭解正確的潛在物理原理，就不可能理解太陽和其他衰老恆星將如何演變。
坎蒂埃洛說，新的模擬可能無法捕捉到真實恆星中發生的所有複雜情況。但如果它在匹配開普勒太空望遠鏡等望遠鏡對恆星的實際觀測方面比以前的模型做得更好，它將成為恆星物理學的新正規化。
科學家們也希望在未來更深入地探索恆星的內部生命。一個相對較新的領域被稱為星震學，它研究恆星外部可探測到的波，以推斷內部正在發生的事情。坎蒂埃洛說，星震學已經在提供更多關於恆星核心在其生命週期內的旋轉資訊。將來也有可能探測到新模擬中發現的磁場的蹤跡。“最近，”馬科特說，“人們已經開始推斷恆星深層區域的磁場測量值。這在以前是不可能的。”