星星不會像天文學家認為的那樣隨著年齡增長而減速

中年恆星進入巡航控制狀態,抑制了它們的磁場,並抵抗科學家預期的減速

On August 31, 2012 a long filament of solar material that had been hovering in the sun's atmosphere, the corona, erupted out into space at 4:36 p.m. EDT

當恆星旋轉時,它們會撥出持續不斷的帶電粒子,這些粒子附著在恆星強大的磁場上。就像芭蕾舞演員伸展手臂一樣,磁化的恆星風逐漸減緩恆星的自轉。老年恆星自轉速度較慢的觀點,幾十年來一直是恆星天文學的核心假設。

但在過去的幾年裡,一個天文學家團隊已經開始改寫恆星的芭蕾舞。研究人員已經意識到,在恆星生命的中途,恆星舞者會收回手臂,並在數十億年的時間裡保持穩定的自轉。在一項新的研究中,該研究已被《天體物理學雜誌通訊》接受發表,科學家們調查了這種轉變發生在哪裡。他們的工作表明,太陽已經開始為最後的收縮做準備。這個假設有可能解決一些長期存在的關於太陽的謎團,並有助於尋找我們太陽系以外的生命。

恆星進入巡航控制狀態而不是繼續減速的觀點最初遭到了天文學家的很多抵制,但最近信心有所增強。“從觀測上看,現在的情況令人信服,”太空望遠鏡科學研究所的天文學家大衛·索德布洛姆說,他沒有參與這項新研究,最初對這個提議持懷疑態度。越來越多的發現指向了我們對恆星磁場隨時間演變方式理解上的差距。“這是一件大事——那是我們不瞭解的太陽物理學的一個重要方面,”索德布洛姆補充道。


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科學家在 20 世紀 70 年代首次認識到,恆星風與其磁場相互作用會產生“磁製動”效應,隨著時間的推移會減緩其自轉。2003 年,研究人員開始使用這種關係透過測量恆星的自轉來估算恆星的年齡,現在這已成為一種廣泛使用的過程,稱為星震年代學。一直以來,科學家們都期望這種關係適用於所有年齡段的恆星,儘管它只在比太陽年輕的恆星上進行過測試。

然後,在 2016 年,夏威夷大學的天文學家詹妮弗·範·薩德斯在開普勒太空望遠鏡捕獲的 21 顆恆星樣本中發現了一個驚喜。恆星的自轉速度如預期般減慢,直到恆星達到與太陽年齡相仿的年齡,此後自轉速度趨於穩定

“有些事情與我們預期的完全不同,”範·薩德斯說。“基本上,在恆星生命的中途,它們的自轉發生了根本性的變化。”

在隨後的幾年裡,範·薩德斯和她的同事擴大了他們的觀察範圍,觀察了數萬顆恆星,使用不同的技術檢查了這些恆星的自轉,並且這種趨勢一直存在。科學家們現在認為,當速度低於某個值時,恆星的自轉力不足以重新分配磁能,並且恆星失去了產生大規模磁場的能力。在沒有強磁場的情況下,恆星風無法延伸那麼遠,恆星實際上切斷了其自轉的剎車。

該團隊最新的、尚未發表的研究納入了來自飛馬座 51 的大量資料,飛馬座 51 是著名的第一顆被發現有行星繞其執行的類太陽恆星,該行星位於我們的太陽系之外。研究人員從各種望遠鏡中提取觀測資料,以衡量該恆星磁場的強度及其風中釋放的物質數量。透過使用對恆星特性的額外測量,他們估計了恆星風施加的扭矩,他們發現該扭矩比標準模型預測的弱約 10 倍。

智利天主教大學的天文學家胡里奧·查納梅說,這些發現“代表了政權更迭的令人信服的證據”,他沒有參與這項研究。今年 6 月,查納梅和他的同事展示了星震年代學關係如何透過觀察具有寬軌道的恆星對失效,這進一步證實了磁製動減弱的假設。總之,這些發現表明,對於成熟的恆星,您不能完全透過觀察它們旋轉的速度來猜測它們的年齡

恆星巡航控制的開始還將恆星分為兩個不同的類別:正在減速的恆星和沒有減速的恆星。太陽似乎正處於這種轉變的邊緣,範·薩德斯和她的同事懷疑太陽正在經歷一場身份危機,同時正在進入其穩定狀態。這可以解釋太陽數十年來反覆無常的磁活動暫停,這幾個世紀以來一直困擾著天文學家。“太陽的這種長期靜止狀態將隨著時間的推移變得更長,並且隨著時間的推移變得更加頻繁,直到最終,太陽變得非常平靜,”白矮星研究公司的天文學家特拉維斯·梅特卡夫說,他是該團隊新論文的合著者。

在那種更平靜的狀態下,恆星不太容易發生輻射和等離子體的劇烈爆發,這些爆發可能會對附近的行星造成嚴重破壞,從而為生命的形成創造更穩定、更有利的環境。梅特卡夫建議,未來的太空任務可以透過將搜尋範圍縮小到超出這種轉變的恆星,來提高他們找到宜居系外行星的機率。

展望未來,科學家們計劃研究恆星進入更緊密旋轉狀態的速度有多快,以及這對它們的磁場有何影響。“我們仍然有很多懸而未決的問題,”範·薩德斯說。但她補充說,現在有一件事是清楚的:“年長的芭蕾舞女演員仍然有一些旋轉能力。”

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