天文学家用陀螺年表解码星团外孤独恒星的年龄

陀螺计时学（Gyrochronology）是一种根据旋转来估算恒星年龄的技术，它已经从星团恒星扩展到了位置偏远的恒星，揭示了一致的老化模式，扩大了恒星年龄测定的范围。

波茨坦莱布尼兹天体物理研究所（AIP）和波士顿大学的科学家们成功地在星团内恒星和星团外恒星（即场恒星）的自转速率之间建立了联系，从而可以推算出后者的年龄。研究结果表明，陀螺年代学方法不仅可以应用于星团中的恒星，也可以很好地应用于场恒星，从而可以确定更多恒星的年龄。

一颗恒星有多老？这是一个棘手的问题，对于居住在星团中的恒星来说，这个问题更容易回答。这是因为星团中的所有恒星--无论大小--都有相同的起源，因此年龄也相同。通过研究星团中恒星的集体特性及其当前的演化阶段，可以很好地估算出它们的年龄。

研究人员目前正在探索陀螺年轮学这一新领域，它可以确定单个恒星的年龄。它在恒星的旋转和颜色以及年龄之间建立了一种关系。

通过观察恒星的亮度可以确定恒星绕轴旋转的周期：许多恒星表面都有黑点，就像太阳的黑子一样。当恒星旋转时，星斑移动到观测者的视野中，恒星的亮度就会下降一小部分。

通过测量恒星光强中的这些小点，以及当它们重复出现时，例如利用开普勒卫星的数据，就可以测量出恒星的自转周期。

在这张开普勒望远镜拍摄的全幅图像合成图中，样本中一些宽双星的位置用黄色和红色重叠绘制。红点表示被发现具有太阳年龄的系统。图中放大了其中四个系统，属于宽双星的两颗恒星被包围在其中。黄点表示其他年龄的系统--但现在已经知道。资料来源：AIP/ David Gruner, NASA (Kepler FFI) & ESO (放大)

星团中的旋转演变

对星团中低质量矮星的研究表明，随着年龄的增长，恒星的旋转速度会越来越慢。将星团中恒星的自转周期与它们在星图中的颜色相对照，就会发现一种特有的模式：星团中的恒星形成的曲线共同定义了一个自转演化的骨架，骨架的每一条肋骨都对应着一个特定年龄的星团，年龄较大的星团则依次定义了较高的肋骨。每条肋骨都是一条年龄相等的曲线。通过在图中绘制星团恒星，可以利用这些线条推算出它的年龄。不过，由于这种方法是在星团的基础上发展起来的，所以直到现在还不清楚这种测定年龄的方法是否也适用于星团之外的恒星，而我们银河系的恒星绝大多数都是这些恒星。

将计算方法应用于星团外恒星

这正是最近的研究成果的用武之地。作者使用了 300 多颗宽双星样本。这是由两颗恒星组成的系统，它们相互绕着对方运行，彼此距离足够远，没有发生相互作用，因此不会干扰其正常的旋转演化。宽双星是场恒星，但它们的共同起源允许一种也用于星团恒星的假设--它们的年龄相同。这意味着，如果场恒星的演化过程实际上与星团恒星相同，那么如果把宽双星中的两颗恒星放在星团骨架上，它们就会呈现出一致的图像。换句话说，如果宽双星中的一颗恒星位于某个星团的旋转肋上，那么另一颗恒星是否也位于同一旋转肋上？这项研究的作者发现，情况确实如此。

事实上，作者们发现，他们可以将所研究的双星分成一系列子群，每个子群都与相应年龄的星团相关联。这项研究的第一作者、AIP 恒星活动小组的博士生大卫-格鲁纳（David Gruner）说："当我们开始将所有宽双星系统与星团骨架进行比较时，我们惊讶地发现它们是如此地协调。即使是质量非常不同的恒星系统，它们在图中的位置也显示出了显著的一致性，以至于它们与星团几乎没有区别。"

因此，可以推测位于星团肋骨集合之上的少数恒星比迄今测量到的星团要古老。此外，作者还表明，在所研究的绝大多数系统中，一个成分的旋转年龄与另一个成分的旋转年龄相吻合。由于宽双星样本在天空中的分布和其他恒星特性（如金属含量）方面都非常多样化，因此该结果意味着陀螺年代学很可能可以可靠地用于星团外恒星。

对未来研究的影响

AIP 恒星活动小组负责人 Sydney Barnes 博士补充说："这项工作在一定程度上保证了今后可以从旋转速率中获得更多场恒星的可靠年龄。这项成果对 PLATO 卫星任务具有重要意义，该任务的目标不仅是发现大量的行星所在恒星，而且还要提供它们的年龄，使人们能够首次窥见系外行星的演化历史。"

编译来源：ScitechDaily