一點(diǎn)兒也不罕見，8%的紅巨星有黑子，其中15%還是雙星系統(tǒng)！

研究發(fā)現(xiàn)紅巨星黑子比之前認(rèn)為的更為常見，在發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》期刊上的研究中，由馬克斯·普朗克太陽系研究所(MPS)領(lǐng)導(dǎo)的研究表明：大約8%的紅巨星顯示出這些黑子（就是太陽上的那種黑子），黑子是恒星表面強(qiáng)磁場的表現(xiàn)形式。這些磁場是在恒星內(nèi)部深處產(chǎn)生，這一過程需要對流和恒星的快速旋轉(zhuǎn)。雖然紅巨星通常被認(rèn)為是緩慢旋轉(zhuǎn)的恒星，但那些有黑子的顯然是個例外。

研究全面分析了這些紅巨星自轉(zhuǎn)周期短的原因，從與另一顆近鄰恒星的強(qiáng)制同步，到吞噬恒星或行星，再到發(fā)展早期較快的初始自轉(zhuǎn)速度。太陽最顯著的特征之一是太陽黑子，與表面的其他部分相比，太陽黑子的區(qū)域相對較暗，其中一些區(qū)域即使在沒有放大的情況下也能從地球上看到。許多其他恒星，像太陽一樣正處于生命的鼎盛時期，也被黑子覆蓋著。

而且在處于恒星演化后期階段的紅巨星中，黑子以前被認(rèn)為是罕見的。這種差異的原因可以在恒星內(nèi)部找到，在恒星發(fā)電機(jī)過程中，導(dǎo)電等離子體電流和旋轉(zhuǎn)的相互作用會產(chǎn)生恒星磁場，然后被沖到表面。在一些地方，特別強(qiáng)的磁場會阻止熱等離子體向上流動。這些區(qū)域看起來很暗，構(gòu)成了恒星黑子。旋轉(zhuǎn)和對流都是形成表面磁場和黑子的關(guān)鍵因素，有外層對流層的恒星有可能通過發(fā)電機(jī)作用產(chǎn)生表面磁場。

8%紅巨星有黑子

但只有當(dāng)恒星旋轉(zhuǎn)得足夠快時，磁活動才能被檢測到。到目前為止，研究人員一直認(rèn)為幾乎所有的紅巨星，圍繞軸旋轉(zhuǎn)的速度都相當(dāng)慢。畢竟，當(dāng)恒星在生命接近尾聲時發(fā)展成紅巨星時，它們會戲劇性地膨脹，其結(jié)果是旋轉(zhuǎn)速度變慢了，就像花樣滑冰運(yùn)動員張開雙臂做旋轉(zhuǎn)一樣。這項新研究現(xiàn)在描繪了一幅不同的圖景，在觀測到的紅巨星中，約有8%的旋轉(zhuǎn)速度足夠快，足以形成黑子。

研究搜尋了美國宇航局開普勒太空望遠(yuǎn)鏡在2009年至2013年記錄的約4500顆紅巨星測量數(shù)據(jù)，以尋找黑子的證據(jù)。黑子會減少恒星向太空發(fā)射的光量，由于黑子通常在幾個月內(nèi)只會有輕微的變化，所以會逐漸旋轉(zhuǎn)出望遠(yuǎn)鏡的視野，然后在一段時間后再次出現(xiàn)，所以這會產(chǎn)生典型、有規(guī)律重復(fù)出現(xiàn)的亮度波動?？茖W(xué)家研究了為什么有黑子的紅巨星旋轉(zhuǎn)得如此之快的問題，以及弄清楚是如何聚集必要的能量。

研究的主要作者帕特里克·高梅博士說：為了回答這些問題，必須盡可能多地確定恒星的性質(zhì)，然后把它們的全貌拼湊在一起。例如，在阿帕奇點(diǎn)天文臺，研究人員研究了一些恒星的星光波長是如何隨時間變化的，這樣就可以得出關(guān)于它們確切運(yùn)動的結(jié)論。研究還觀察了亮度的快速波動，這些波動疊加在由恒星黑子引起的較慢亮度上。較快波動是壓力波通過恒星內(nèi)部傳播到其表面的表現(xiàn)形式。

15%是雙星系統(tǒng)

包含許多恒星內(nèi)部屬性的信息，例如恒星的質(zhì)量和年齡。分析顯示，大約15%有黑子的巨星屬于雙星系統(tǒng)，通常由一個紅巨星和一個較小且質(zhì)量較小的伴星組成。在這樣的雙星系統(tǒng)中，兩顆恒星的旋轉(zhuǎn)速度隨著時間的推移是同步的，直到它們像一對花樣滑冰運(yùn)動員一樣一致旋轉(zhuǎn)。因此，速度較慢的紅巨星獲得了動量，比沒有伴星的情況下旋轉(zhuǎn)得更快。其他有恒星黑子的紅巨星(約85%)是獨(dú)立運(yùn)行，但它們旋轉(zhuǎn)得很快。

那些質(zhì)量大致等于太陽的恒星，很可能在演化過程中與另一顆恒星合并，從而獲得了速度。質(zhì)量是太陽兩到三倍的一些，回顧了另一個不同的發(fā)展，在它們成為紅巨星之前的全盛時期，內(nèi)部結(jié)構(gòu)阻止了逐漸將粒子帶離恒星全球磁場的產(chǎn)生。與磁力對應(yīng)物不同的是，隨著時間的推移，它們的旋轉(zhuǎn)速度會越來越慢，而它們的自轉(zhuǎn)速度可能從來沒有顯著放緩過。即使作為紅巨星，它們的旋轉(zhuǎn)速度仍然幾乎和它們年輕時一樣快。

總的來說，在一些紅巨星有黑子的共同觀測特征背后，研究發(fā)現(xiàn)了三組快速旋轉(zhuǎn)的恒星，每一組都有非常不同的解釋。因此，難怪這一現(xiàn)象比之前認(rèn)為的更普遍。像本研究這樣的研究，除其他外，揭示了恒星的自轉(zhuǎn)和磁活動的演變，以及它們復(fù)雜的相互作用，包括對它們可能承載的行星系統(tǒng)宜居性的影響。這些也都是未來歐空局柏拉圖任務(wù)的主要目標(biāo)之一，預(yù)計將于2026年底發(fā)射。

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博科園｜研究/來自：馬克斯·普朗克研究所

參考期刊《天文學(xué)與天體物理學(xué)》

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