“磁温室效应”改变了恒星演变特性

在好奇心和科学使命的双重驱动下，天文学家第一次在恒星内层的神秘区域探测到了巨大磁场，在天体地震学技术的帮助下，他们在一批恒星的内部探求了磁化现象，以数学建模的方式计算了磁场强度。数十颗样本红巨星的中心区发生了剧烈的热核反应，在研究的红巨星样本以外，还包括了太阳类型的恒星版本。加州理工学院的博士后研究员吉姆·富勒详细解释了研究成果的意义，借助超声波一类的医疗器械技术对人体内部结构进行成像，同样，借助声波一类的天体地震学技术对恒星“波涛汹涌”的表面进行图像处理，进一步探测到恒星内部的特性。

在《科学》杂志发表了成果对天文学家更好地认识恒星生长和死亡的周期性变化提供了帮助。恒星磁场可能决定了恒星内部物质旋转的速率，恒星物理学的这一参数对恒星的演变产生了显著影响，成为其中不可缺少的基本要素。直到现在为止，天文学家仅研究了恒星表面的磁场，他们在理论分析中使用了超级计算机模型，模拟了靠近恒星核心的磁场，而恒星的核心区是发生核聚变反应的区域，人们对类似太阳的恒星中心区域了解得十分有限。

红巨星与所谓的主序星在物理构造上有所不同，太阳处于主序星的演变阶段，它是一个理想的天体地震学的研究对象。1962年，加州理工学院开创了天体地震学的研究领域，已故的物理学家和天文学家罗伯特·雷顿在使用威尔逊山太阳望远镜的过程中发现了太阳震荡现象。红巨星的核心区通常比年轻恒星更为密实，它的声波很难从核心区反射出来，就像声波不能从太阳中心反射出来一样，相反，声波转变为另一类型的波，或称之为引力波，加州大学圣巴巴拉分校下属的卡福里研究所理论物理部(KITP).的恒星天体物理学家马蒂奥·坎蒂尔罗解释说，他们在红巨星找到了引力波传递恒星中心区信息的依据。

从声波到引力波的转变对红巨星形态的改变产生了微小作用，或称之为震荡，这种转变对震荡的形成产生了关键影响。红巨星的尺度和内部结构不同，震荡样式随之不同，其中的一种震荡样式被物理学家称之为“偶极样式”，恒星的一个半球变得明亮，恒星的另一个半球变得昏暗，通过对光度随时间变化测量的方法，可以观测恒星震荡的现象，当强烈磁场出现在恒星的核心时，磁场干扰了引力波的传播，造成了引力波能量的损失，引力波变成了核心区“被束缚的波”，研究院富勒和同事引入了一个新词条“磁温室效应”，为何用这一词条描述中心区的磁现象？磁场工作原理与地球的温室气体效应相似，大气的温室气体捕获或“束缚”了太阳的辐射热量，同样，磁场捕获或“束缚”了红巨星内部的引力波能量，导致恒星震荡能量的损失，震幅在偶极震荡样式中比预期的值更小。

2013年，开普勒太空望远镜以难以置信的精确度测量到恒星亮度的变化，在几颗红巨星探测到了偶极样式的震荡衰减。悉尼大学的天文学家丹尼斯·斯戴罗把开普勒卫星的测量数据交给了富勒和坎蒂尔罗，两人和KITP的主任拉尔斯·比尔德斯坦以及法国替代能源和原子能委员会的拉斐尔·加西亚开展了合作研究，新的成果显示，磁温室效应最有可能解释在红巨星的偶极样式中出现的能量衰减现象，理论计算结果表明，红巨星内部的磁场强度相当于地球磁场的1000万倍。加州理工学院天文学系的主管、理论天体物理学家斯特尔·菲尼教授解释说，恒星内部磁场在恒星的演变和终极命运中发挥了重要作用，菲尼教授没有参与课题的研究，他对富勒团队的研究成果感到惊喜。

对恒星内部磁场的更好理解能帮助科学家解决一些有争议的谜题，比如：特定类型的中子星和白矮星表面如何产生了强大磁场？中子星和白矮星充当了“僵尸恒星”，当恒星演变到生命周期的尽头时，质量不同的恒星抖落外层物质，在恒星的中心区留下致密的物体——中子星和白矮星。红巨星核心的磁场强度对应了白矮星强大磁场的量级，事实上，只有一些红巨星显示了偶极样式的引力波强度衰减现象，可能存在更强大的核心磁场。当大质量的恒星死亡后，只有一些恒星为遗存的白矮星和中子星传递了强大磁场，它们的磁场强度比我们的地球磁场高出了数千万、数亿倍。天体地震学技术可用于对红巨星的探测，不一定完全适合对太阳的探测，恒星震荡现象可作为恒星内部活动的指标，也是科学团队研究路径的理论基础。

（编译：2015-10-28）