對於研究它們的結構和進化的科學傢來說,這也代表著最大的不確定性。
由加州大學聖巴巴拉分校的卡弗裡理論物理研究所的博士後學者May Gade Pedersen領導的一組天文學傢現在已經通過觀察恒星內部的波來測量瞭這些恒星的內部混合。雖然科學傢們以前使用過這種技術,但這篇論文標志著首次在如此大的一群恒星上同時實現這一目標。發表在《Nature Astronomy》上的研究結果顯示,恒星內部的混合非常多樣化,跟恒星的質量或年齡沒有明顯關系。
恒星生命中的大部分時間都是在其核心深處將氫聚變為氦。然而大質量恒星的聚變如此集中在中心,這就導致瞭一個類似於一鍋沸水的湍流對流核心。對流及其他過程能有效地從核心清除氦灰並從外殼取代它的氫氣。這使得恒星的壽命比預期的要長得多。
天文學傢認為這種混合來自於各種物理現象,如內部旋轉和由對流核心激發的等離子體內部地震波。然而這一理論在很大程度上仍然不受觀測的限制,因為它發生在恒星的深處。也就是說,有一種間接的方法可以觀測恒星:星震學,即研究和解釋恒星振蕩的學科。這種技術類似於地震學傢利用地震探測地球內部的方法。
Pedersen表示:“恒星振蕩的研究挑戰瞭我們對恒星結構和進化的理解。它們讓我們可以能直接探測恒星的內部,並跟我們的恒星模型的預測進行比較。”
Pedersen和她來自魯汶大學、哈瑟爾特大學和紐卡斯爾大學的合作者們已經能利用星震學得出這樣的恒星集合的內部混合。這是第一次實現這樣的壯舉,而且可能要感謝26顆緩慢脈動的B型恒星的新樣本,這些B型恒星已經從NASA的開普勒任務中識別出瞭恒星振蕩。
緩慢脈動的B型恒星的質量是太陽的3到8倍。它們在12小時到5天的時間尺度上膨脹和收縮,亮度變化可達5%。Pedersen解釋稱,它們的振蕩模式對靠近核心的條件特別敏感。
Pedersen指出:“恒星內部的混合現在已經被觀測到,結果在我們的樣本中是多樣化的,一些恒星幾乎沒有混合,而另一些則顯示出100萬倍的水平。”這種多樣性被證明跟恒星的質量或年齡無關,相反,它主要受到內部旋轉的影響--盡管這不是唯一的影響因素。
另外Pedersen還補充稱:“這些星震研究結果最終讓天文學傢改進瞭大質量恒星內部混合的理論,迄今為止,該理論仍未通過直接來自恒星內部的觀測來校準。”
據悉,天文學傢測量恒星振蕩的精度直接取決於觀察恒星的時間長短。把時間從一個晚上增加到一年會使振動頻率的測量精度增加一千倍。
目前可用的最佳數據來自開普勒太空任務,該任務連續4年觀察瞭天空的同一塊區域。緩慢脈動的B型恒星是望遠鏡觀測到的質量最大的脈動恒星。雖然它們中的大多數都太小、不足以成為超新星,但它們的內部結構跟質量更大的恒星化學工廠相同。Pedersen希望從B型恒星研究中獲得的見解將有助於揭示質量更大的O型恒星的內部工作方式。
她計劃利用NASA的凌日系外行星勘測衛星(TESS)的數據來研究OB關聯中的振蕩大質量恒星群。這些恒星群由10到100多顆質量在3到120太陽質量之間的大質量恒星組成。她指出,OB星系中的恒星來自於相同的分子雲且年齡相似。恒星的大樣本以及它們共同年齡的限制為研究大質量恒星的內部混合特性提供瞭令人興奮的新機會。
除瞭揭示隱藏在恒星內部的過程之外,對恒星振蕩的研究還可以提供關於恒星其他特性的信息。
“恒星振蕩不僅讓我們能研究恒星的內部混合和旋轉,而且還能確定恒星的其他屬性如質量和年齡。雖然這兩個都是最基本的恒星參數,但它們也是一些最難測量的參數,”Pedersen說道。