恒星表面大气泡，竟能揭示太阳未来之谜

天文学家首次观测到附近一颗恒星表面巨大气体气泡的详细运动，它像熔岩灯内部那样起伏。

据瑞典查尔姆斯理工大学的一组天文学家所说，这些巨大的热气泡是太阳的 75 倍大，而且它们似乎比预期更快地沉入恒星内部。

这些图像展示了 R. Doradus 恒星的表面，这是一颗位于剑鱼座、距离 180 光年的红巨星。这颗恒星的直径约为太阳的 350 倍，为我们太阳的未来提供了一个预演。

据美国国家航空航天局（NASA）称，大约 50 亿年后，我们的太阳将变成一颗红巨星，膨胀并释放物质层，可能会使太阳系的内行星蒸发，不过地球的命运仍不明确。

这些观测是使用智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）望远镜进行的，这标志着研究人员首次追踪到了除太阳以外的恒星表面如此详细的运动情况。

他们于周三在《自然》杂志上公布了其研究成果。

“我们的目的是观察恒星周围大气中的气体，并且期望能找到预期存在的‘对流’气泡的迹象，”首席研究作者、查尔姆斯大学天文学和等离子体物理学教授沃特·弗莱明斯（Wouter Vlemmings）在一封电子邮件中说。“然而，我们未曾料到能这般详尽地看到它们，而且居然能够看到它们的运动。”

当恒星走向衰老之时

弗莱明斯和他的同事研究了恒星在接近生命末期时所发生的情况。

恒星通过将氢原子挤压形成氦的核聚变过程于其核心产生能量。这个过程让恒星发热，并且为其供应数十亿年的燃料。

在核心产生的能量能够通过巨大的热气泡被输送到恒星表面，随后这些气泡在冷却时下沉，就类似于熔岩灯里的情形。

据研究作者称，这个被称为对流的过程会将在恒星核心产生的元素，如碳和氮，在整个恒星内部混合。对流也可能是恒星风的引发者，恒星风即快速的风，可以将恒星产生的元素吹到太空中，以帮助形成新的恒星和行星。

据美国国家航空航天局（NASA）称，当一颗恒星的生命结束时，它耗尽了用于将氢转化为氦的物质，导致恒星的核心坍塌。核心上的这种压力也会提高恒星的温度，从而导致它膨胀并变成红巨星。

当这些恒星接近生命的尽头时，恒星的最外层会被吹走，最终恒星会坍塌或爆炸，将内部产生的元素释放到太空中。

“我们都是由‘星尘’组成的，我们周围的许多物质都是在恒星中形成的，”弗莱明斯说。“这种物质是如何从老恒星中喷射出来并融入新的恒星和行星之中的”，目前还不完全清楚。

凝视老恒星

该团队之所以决定观测 R. Doradus，是因为它是距离较近且规模较大的红巨星之一，观测起来相对更容易。望远镜使他们能够在一个月的时间里收集到这颗恒星表面的高分辨率图像。

“对流造就了我们在太阳表面所看到的美丽颗粒结构，然而在其他恒星上却很难观测到。”

“凭借 ALMA，我们如今不仅能够直接看到对流颗粒——其大小是咱们太阳的 75 倍！——而且还首次测得了它们的移动速度。”

太阳的最外层，被称作光球层，由温度极高的气体构成，以至于会产生气泡。

这些气泡，也被叫做对流颗粒，直径约 621 英里（1000 公里），以每秒几公里的速度行进，所以它们仅能存续约 10 分钟。

但 R. Doradus 表面的对流单元尺寸超过 1 亿公里（约 6200 万英里），速度达每秒几十公里，并且能持续约一个月。

“我们尚不清楚差异的原因究竟是什么。似乎随着恒星逐渐变老，对流会以我们还未能理解的方式产生变化，”弗莱明斯说道。

虽然此前在恒星表面发现过对流气泡，但是新的观测以一种从前不可能的方式追踪了气泡的运动。

“我们现在能够直接成像如此遥远的恒星表面的细节，并观察到迄今为止大多只能在我们的太阳中观察到的物理现象，这实在是太壮观了，”查尔默斯大学的博士生、该研究的合著者贝扎德·博伊诺迪·阿尔巴布博士在一份声明中说。

智利欧洲南方天文台的副天文学家克劳迪娅·帕拉迪尼博士说，这项新研究包括比以前更长时间的观测，捕捉到了气泡的演变。帕拉迪尼撰写了一项关于观测 pi1 Gruis 恒星表面气泡的研究。虽然她没有参与这项新研究，但她为伴随发表在《自然》杂志上该研究的文章撰稿。

“人们可以看到气泡上升、膨胀和消失，就像在太阳中看到的那样。考虑到我们所说的距离，这是非凡的，”帕拉迪尼说。“现在我们只需要观察更多这样的恒星！”