科学家揭示：太阳50亿年后的死亡之谜，恒星化石带来新启示

50亿年后，太阳会死。这不是预言，而是恒星物理学的基本结论。

但它究竟会怎么死，死亡过程中磁场在内部扮演了什么角色，长期以来一直是天文学家心头悬而未决的谜题。

奥地利科学技术研究所的研究团队，通过一种被称为"恒星考古学"的方法，在已经死去的恒星上，找到了贯穿恒星整个生命周期的磁场化石，为这道谜题提供了迄今最具说服力的理论框架。

相关研究发表在《天文学与天体物理学》期刊上，研究者将其称为白矮星的"磁场考古"。

从"星震"里读出恒星的内脏

要理解这项研究，先得知道天文学家是怎么研究恒星内部的。毕竟，没有人能把探测器送进一颗恒星。

解决办法借鉴自地球物理学。地震学家通过分析地震波在地球内部的传播方式，推断地核和地幔的结构，这套逻辑被天文学家搬到了恒星上，发展出了"星震学"，也就是通过分析恒星表面细微的亮度振动来推断其内部状态。

正是通过这个方法，科学家近年来发现了一件令人费解的事：在红巨星的核心深处，存在强烈的磁场；而在白矮星的表面，同样能检测到磁场，而且越古老的白矮星，磁性越强。

这两个观测事实，在此之前是分开的谜题。奥地利科学技术研究所的卢卡斯·艾因拉姆霍夫带领的团队，把它们串联在了一起。

他们提出了"化石磁场"理论：磁场在恒星生命早期就已形成，此后像化石一样嵌入恒星结构，穿越红巨星阶段，最终以可测量的形式残存在白矮星表面，从未消失，只是随着演化而改变形状和分布范围。

磁场如何贯穿一颗恒星的一生

要理解这个理论的含义，先要了解太阳最终会经历怎样的命运。

红巨星中心的热核心自转速度是表面的10倍。（图片来源：Paul Beck（比利时鲁汶大学）

大约50亿年后，太阳核心的氢燃料将耗尽，核聚变产生的向外辐射压力随之消失，核心在自身重力下开始坍缩。坍缩释放的能量反而将外层推开，使太阳膨胀成一颗半径可能达到现在百倍的红巨星，届时可能足以吞没地球轨道以内的所有行星。红巨星阶段持续约10亿年后，外层气体逐渐冷却弥散，形成一片行星状星云，而裸露的核心则收缩为一颗高密度的白矮星，大约地球大小，却拥有与太阳相当的质量，这是太阳质量级恒星的最终归宿。

在这整个过程中，磁场去了哪里？以往的主流假设认为，恒星演化的剧烈过程会搅散甚至摧毁早期磁场，白矮星表面的磁性应当来自其他机制。艾因拉姆霍夫团队的模拟结果挑战了这一判断。

他们的模型显示，白矮星是红巨星脱落外层后裸露出的核心，两者本质上是同一颗星在不同生命阶段的核心区域。红巨星核心的磁场与白矮星表面的磁场，极有可能是同一个磁场在不同阶段的表现形式，在漫长的演化过程中作为"化石"存留了下来。

恒星的演化如何改变磁场的形状。ISTA团队的模拟表明，磁场并非以某一点为中心，而是可以形成类似壳层的结构（粉红色磁力线）。（图片来源：Lukas Einramhof |ISTA）

研究还揭示了一个关于磁场形状的新发现：磁场并非集中于星体中心一点向外延伸，而是形成了一种类似篮球表面纹路的分层壳状结构，靠近表层的部分比核心处更强。这一结构预测可以通过未来的观测加以检验。

更令人好奇的是太阳核心是否有磁场这个问题。艾因拉姆霍夫直接承认，人类目前对太阳核心几乎是盲区，现有模型假设太阳核心不带磁场，但如果这个假设是错的，所有基于此的预测都需要重写。他甚至提到，强磁场理论上可以帮助太阳将外层氢燃料输送至核心，从而延长其寿命，也可能导致截然不同的结局。

对于一颗我们研究了几个世纪、却依然"几乎看不见其中心"的恒星而言，这句话道出了宇宙探索最本质的张力：我们站在自己星球的地表，仰望着那个距离我们最近的恒星，却对它核心深处究竟发生着什么，依然所知甚少。