大約50億年后，當(dāng)太陽(yáng)耗盡其核心的氫時(shí)，太陽(yáng)將膨脹，變成紅色巨星，與超過(guò)100億年的太陽(yáng)壽命相比，這一階段較短。

在此之后，這顆恒星進(jìn)入了1億年安靜的氦聚變。天體物理學(xué)家在理論上和模型中預(yù)測(cè)了這些閃光已經(jīng)有50年了，但從來(lái)沒(méi)有觀察到過(guò)。然而發(fā)表在《自然天文》期刊上的一項(xiàng)新研究表明，這種情況可能很快就會(huì)改變。

加州大學(xué)圣巴巴拉分校Kavli理論物理研究所(KITP)的西蒙斯杰出訪問(wèn)學(xué)者，也是丹麥奧胡斯大學(xué)的教授、合著者J?rgen Christensen-Dalsgaard說(shuō)：模型清楚地預(yù)測(cè)到了氦芯閃光的影響，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)直接反映它們的觀測(cè)結(jié)果。像太陽(yáng)這樣的恒星動(dòng)力是在1500萬(wàn)K左右的溫度下將氫熔合成氦。然而，氦需要比氫高得多的溫度(大約1億K)才能開(kāi)始熔合成碳，所以它只是在核心中積累，而周圍繼續(xù)燃燒著一層氫的外殼。在此期間，太陽(yáng)膨脹到相當(dāng)于到地球軌道的大小。

最終，恒星的核心達(dá)到了完美條件，觸發(fā)了氦的猛烈點(diǎn)火：氦核閃光。在接下來(lái)的200萬(wàn)年里，核心經(jīng)歷了幾次閃光，然后進(jìn)入一種更靜態(tài)的狀態(tài)，在大約1億年的過(guò)程中，核心中的所有氦燃燒成碳和氧。氦核閃光在我們理解低質(zhì)量恒星的生命周期中，起著不可或缺的作用。不幸的是，從遙遠(yuǎn)恒星的核心收集數(shù)據(jù)非常困難，所以科學(xué)家們一直無(wú)法觀察到這種現(xiàn)象?，F(xiàn)代空間天文臺(tái)的力量，如開(kāi)普勒衛(wèi)星，CoRoT，現(xiàn)在美國(guó)國(guó)家航空航天局的過(guò)境太陽(yáng)系外行星勘測(cè)衛(wèi)星(TESS)或?qū)⒏淖冞@一狀況。

從太空獲得非常敏感的測(cè)量結(jié)果，使得觀察到大量恒星亮度的微妙振蕩成為可能。氦核閃光產(chǎn)生一系列不同的波，這些波通過(guò)恒星傳播。這導(dǎo)致恒星像鐘一樣振動(dòng)，表現(xiàn)為其整體亮度的微弱變化。對(duì)恒星脈動(dòng)的觀察已經(jīng)告訴天文學(xué)家關(guān)于恒星內(nèi)部過(guò)程的知識(shí)，就像地質(zhì)學(xué)家通過(guò)研究地震了解地球內(nèi)部一樣。這種被稱為星震學(xué)的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為天體物理學(xué)中一個(gè)蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域。核心閃光發(fā)生得相當(dāng)突然，就像地震一樣，開(kāi)始于一個(gè)非常有能量的事件，隨后是在接下來(lái)的200萬(wàn)年中一系列相繼較弱的事件，在大多數(shù)恒星的生命中相對(duì)較短的一段時(shí)間。

正如由KITP主任Lars Bildsten和KITP高級(jí)研究員Bill Paxton領(lǐng)導(dǎo)的一篇早期研究所示，這些恒星的脈動(dòng)頻率對(duì)核心條件非常敏感。因此，星震學(xué)可以為科學(xué)家提供測(cè)試，為我們對(duì)這些過(guò)程的理解信息。這項(xiàng)新研究的主要目的是確定這些閃光區(qū)域是否能夠激發(fā)足夠大的脈動(dòng)，使我們能夠看到。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的分析和模擬，研究人員發(fā)現(xiàn)許多應(yīng)該相對(duì)容易觀察。研究中詳述新的和有希望的角度是，天文學(xué)家一直在研究一種非常特殊（而且到目前為止還不是很清楚）被命名為亞矮星B星的恒星過(guò)程。

這些是前紅巨星，由于未知的原因，它們失去了大部分外層氫。亞矮星B為科學(xué)家提供了一個(gè)獨(dú)特機(jī)會(huì)，可以更直接地探測(cè)恒星的熱核。更重要的是，剩下薄薄的氫層不夠厚，不足以抑制重復(fù)氦核閃光引起的振蕩，這給了研究人員直接觀察它們的機(jī)會(huì)。這項(xiàng)研究首次提供了恒星模型在氦聚變點(diǎn)火時(shí)預(yù)測(cè)的復(fù)雜過(guò)程的觀測(cè)信息，這項(xiàng)研究工作充分利用了由前KITP研究生研究員Daniel Lecoanet領(lǐng)導(dǎo)的一系列流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算。

如果這一切都成功了，這些恒星可能會(huì)為這一天體物理學(xué)的基本難題，提供一個(gè)新的試驗(yàn)場(chǎng)。研究人員渴望將這些發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于實(shí)際數(shù)據(jù)，事實(shí)上，氦核閃光可能已經(jīng)被觀察到了。CoRoT和開(kāi)普勒觀察到的幾顆恒星顯示出無(wú)法解釋的振蕩，這些振蕩看起來(lái)類似于氦核心閃光的預(yù)測(cè)。苔絲號(hào)在未來(lái)研究中將被證明是至關(guān)重要的，因?yàn)樗鼘⒂^察到整個(gè)恒星帶，包括一些可以探測(cè)到這些脈動(dòng)的地方。這將為模型提供進(jìn)一步的強(qiáng)有力測(cè)試，并洞察太陽(yáng)的未來(lái)。

博科園｜研究/來(lái)自：加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校

參考期刊《自然天文》

DOI: 10.1038/s41550-019-0890-0

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)