科学家正“聆听”M67星系团中恒星的过去

新南威尔士大学悉尼分校的一组研究人员解密了恒星的“声音”，以更好地了解它们的年龄、质量和进化阶段。通过监听M67星团（该星团包含27颗诞生于40亿年前的恒星）中的恒星振荡，他们追踪了恒星的演化过程以及太阳的未来发展。利用NASA开普勒K2任务的数据，他们探测到了类似恒星指纹的频率模式，这一发现不仅揭示了恒星的奥秘，还有助于解读银河系的历史，甚至推测可能存在适宜生命存在的行星。

新南威尔士大学悉尼分校的研究人员领导的一项新研究揭示了距离我们2700光年的一组恒星如何通过它们发出的“声音”揭示其生命阶段。这些恒星振动，即望远镜可探测到的细微振荡，为了解恒星如何随时间变化提供了线索。这一发现可能有助于天文学家更好地绘制银河系和其他星系的历史，加深我们对恒星演化的理解。

这项研究于4月2日发表在《自然》杂志上，由克劳迪娅·雷耶斯博士在新南威尔士大学物理学院攻读博士学位期间领导。她研究了M67星团内的27颗恒星，该星团约40亿年前均由同一团气体云形成。

由于 M67 中的恒星具有几乎相同的化学成分，但质量不同，因此它们为研究恒星在类似条件下如何演化提供了难得的机会。

“当我们研究星团中的恒星时，我们可以看到它们个体演化的整个序列，”雷耶斯博士说。

虽然这些恒星年龄相同，但它们的质量不同，这意味着它们的衰老速度也不同。M67 尤其珍贵，因为它包含了一系列巨星：从体型较小、演化程度较低的亚巨星，到接近生命周期末期的大型红巨星。

这项研究也为我们进一步了解我们自己的恒星 - 太阳随着其体积增大、年龄增长将会如何变化开辟了道路。雷耶斯博士说，这是因为“太阳诞生于一个与我们研究的星团类似的星团中”。

如此详细地观察单个星团内如此广泛的恒星演化范围是前所未有的。

“这是我们第一次真正研究如此长的进化序列，就像我们在这个集群中所做的那样，”新南威尔士大学物理学院的合著者丹尼斯·斯特洛教授说。“验证恒星的年龄是天文学中最困难的事情之一，因为恒星的年龄不会通过其表面显示出来。内部发生的事情表明它有多古老。”

由于 M67 星团中的恒星与我们的太阳年龄和组成相似，它们可以为我们了解太阳系的过去和形成以及太阳演化后的未来提供参考。

“几乎所有恒星最初都是以星团的形式形成的，”斯特洛教授说道，“它们基本上是由数百到数千颗恒星组成的大家族，诞生于一团巨大的气体云。通常，它们会慢慢分散成随机的恒星。但其中一些仍然在星团内。当你仰望天空时，你可以看到它们，它们聚集在一起，形成了许多恒星，它们仍然紧密相连，就像我们在这里研究的星团一样。”

这项研究使我们能够根据恒星的振荡频率精确测定其年龄和质量。任何恒星“环”的频率都取决于其内部物质的物理特性，这为其密度、温度和年龄提供了线索。

这是研究人员首次能够探究恒星群的“响声”，以进一步了解其内部结构。他们使用开普勒K2任务作为主要的观察方式，或者说“聆听”。

“这个过程就像听管弦乐队演奏，并根据声音识别乐器。乐器振动或响铃的频率取决于声音传播的物质的物理特性。星星也一样。你可以根据星星的响声来‘听到’它的声音。我们可以看到声音的振动或振动的效果，就像你可以看到小提琴弦的振动一样。”

最大的恒星发出的声音最深沉。小的恒星发出的声音则高亢。而且，没有哪颗恒星会同时发出单一的音符——每颗恒星都涵盖了来自其内部的交响乐。

当然，这不是真正意义上的声音，声音以能量波的形式存在，是一种振动，在粒子间传播——无论是固体、液体还是气体。但在太空中，没有粒子，也就没有声音。每颗恒星都像一个呼吸的气体球——冷却和加热——亮度略有变化。

他说：“我们观察并测量这些亮度的波动，以测量声音频率。”

随着恒星逐渐成熟为红巨星，它们的频率会发生变化，行为也会有所不同。这些变化可以追踪它们的演化。恒星所“扮演”的众多节点之间的频率差异可以提供有关恒星内部特性的线索。通过研究 M67 疏散星团中的 27 颗恒星，研究人员首次观察到巨恒星中小频率差异和大频率差异之间的关系，现在可以将其应用于单个恒星。

为了更好地了解星系的形成和演化，科学家需要了解包括恒星在内的所有星系组成部分的年龄。

雷耶斯博士表示，这项研究将有助于准确识别银河系中恒星的质量和年龄——这是目前尚未实现的目标。这对于了解拥有行星的恒星也很重要，因为恒星的特性对于维持这些星球上的生命至关重要。

斯特洛教授表示，在模拟太阳未来演化时，频率特征也非常重要。他说：“这项研究使我们能够探索恒星内部发生的基本物理现象，深入其内部，以及在这些极端条件下发生的基本物理现象。这是我们仍在努力解决的问题。对我们来说，建立可信的演化模型至关重要，这样我们才能预测太阳以及其他恒星随着年龄增长会发生什么。通过频率指纹直接观察恒星的演化阶段，使我们能够更加确定我们放入模型中的‘成分’。”

编译自/ScitechDaily