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大约8%的红巨星被类似太阳黑子的黑暗区域所覆盖。

星斑在红巨星中比之前认为的更常见。在《天文学与天体物理学》杂志上,由德国马克斯·普朗克太阳系研究所(MPS)领导的研究人员报告说,大约8%的红巨星有这样的黑点。它们是恒星表面强磁场的表达式。这些磁场是在恒星内部深处产生的,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,但那些有恒星黑子的显然是个例外。这篇新发表的文章对它们自转周期短的原因进行了全面的分析,从被迫与邻近的另一颗恒星同步,到吞噬一颗恒星或行星,再到在早期发展阶段的高速自转。

太阳最引人注目的特征是它的太阳黑子,与太阳表面的其他部分相比,太阳黑子是相对较暗的区域,其中一些在地球上甚至不需要放大就可以看到。许多其他像太阳一样正处于鼎盛时期的恒星也被黑点所覆盖。另一方面,在处于恒星演化高级阶段的红巨星中,这样的黑点以前被认为是罕见的。造成这种差异的原因可以在恒星的内部深处找到。在发电机过程中,导电等离子体电流和旋转的相互作用产生了恒星的磁场,然后被冲到恒星表面。在某些地方,特别强的磁场阻止热等离子体向上流动。这些区域看起来很暗,构成了恒星斑。

“旋转和对流都是形成表面磁场和星斑的关键因素,”新研究的合著者、MPS的Federico Spada博士解释说。“具有外部对流层的恒星有可能通过发电机作用产生表面磁场,但只有当恒星旋转足够快时,磁场活动才能被探测到,”他补充道。到目前为止,研究人员一直认为几乎所有的红巨星都绕着自己的轴旋转得相当慢。毕竟,恒星在其生命末期发展成红巨星时,会急剧膨胀。结果,他们的旋转速度变慢了,就像一个花样滑冰运动员伸展双臂作旋转旋转。由国会议员和新墨西哥州立大学(美国)的科学家领导的新研究描绘了一幅不同的画面。在观测到的红巨星中,大约有8%的旋转速度足以形成恒星斑。

研究小组仔细研究了NASA开普勒太空望远镜从2009年到2013年记录的大约4500个红巨星的测量数据,以寻找黑子的证据。这样的斑点减少了恒星发射到太空中的光的数量。由于它们通常在几个月内只有轻微的变化,所以它们会逐渐旋转出望远镜的视野,一段时间后又重新出现。这就产生了典型的、定期重复出现的亮度波动。

在第二步中,科学家们研究了为什么这些被发现的巨行星旋转得如此之快。他们如何聚集必要的能量?“为了回答这个问题,我们必须尽可能多地确定这些恒星的属性,然后拼凑出一幅全貌,”该出版物的主要作者帕特里克·高梅博士说。例如,在美国新墨西哥州的阿帕奇点天文台,研究人员研究了一些恒星发出的光的波长是如何随时间变化的。这样就可以对它们的确切运动做出结论。该小组还观察了亮度的快速波动,这是叠加在由恒星引起的较慢的亮度波动上的。较快的波动是通过恒星内部传播到表面的压力波的表现。它们包含许多内部属性的信息,如恒星的质量和年龄。

分析显示,大约15%的被发现的巨行星属于接近的双星系统,通常由一个红巨星和一个较小质量较小的伴星组成。“在这样的系统中,两颗恒星的旋转速度会随着时间的推移而同步,直到它们像一对花样滑冰选手一样同步旋转,”高梅说。因此,速度较慢的红巨星获得了动量,并比没有伴星时旋转得更快。

其他拥有星斑的红巨星(约占85%)是独立的,但它们旋转得很快。那些质量与太阳大致相当的恒星在演化过程中很可能与另一颗恒星或行星合并,从而获得速度。稍微重一些的太阳,其质量是太阳的两到三倍,它们回首往事时的发展是不同的。在它们成为红巨星之前的全盛时期,它们的内部结构阻止了全球磁场的产生,这种磁场会逐渐将粒子带离恒星。不同于磁性的对偶物,它们的旋转会随着时间的推移而越来越慢,它们的旋转可能从来没有明显的减速。即使是红巨星,它们的旋转速度仍然和年轻时一样快。

“总的来说,在一些红巨星有黑点这一常见观测特征背后,我们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,难怪这种现象比我们之前想象的更为普遍。

像目前这样的研究,除了其他事情外,还阐明了恒星自转和磁场活动的演变,以及它们复杂的相互作用,包括它们可能宿主的行星系的宜居性的影响。这些都是欧空局“柏拉图”任务的主要目标之一,“柏拉图”任务预计将于2026年底发射。“我们期待着柏拉图的太空任务;凭借其独特的长时间观测,我们将能够将研究扩展到银河系的其他区域。”Spada总结道。

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