恒星动力：湍流对流是恒星活动的核心

时间：2022-04-07 13:25:08 来源：

观察太阳的内部和一颗更进化的巨星。

通过将现代数据分析技术与主要序列和巨型恒星的恒星结构建模相结合，研究人员为恒星动力提供了新的思路。

在其内部，星星以分层的洋葱状结构构成。在具有类似太阳温度的温度中，核心后面是辐射区。在那里，来自内部的热量通过辐射被向外引导。随着恒星等离子体的温度越来越低，等离子体的流动占主导地位：热等离子体从内部升至表面，冷却并再次下沉。此过程称为对流。同时，取决于恒星纬度的恒星自转会引起切变运动。两者结合在一起，会产生扭曲和扭曲的磁力线，并在尚未完全了解的发电机过程中产生恒星的复杂磁场。

“不幸的是，我们不能直接观察太阳和其他恒星来观察这些过程的作用，而必须诉诸更间接的方法，”德国马克斯·普朗克太阳能系统研究所（MPS）的Jyri Lehtinen博士说，今天发表在《自然天文学》上的新论文的第一作者。在他们目前的研究中，研究人员一方面比较了不同恒星的活动水平，另一方面比较了它们的自转和对流特性。目的是确定哪些属性对活动有重大影响。这可以帮助您了解其中的发电机过程的细节。

过去曾提出过几种恒星发电机模型，但有两个主要范例。尽管其中一个更着重于旋转并且仅假定对流的细微影响，但另一个却主要取决于湍流。在这种对流中，热的恒星等离子体不会以大规模的静止运动上升到表面。相反，小规模的剧烈流动占主导地位。

为了找到两个范式中一个或另一个的证据，Lehtinen和他的同事们首次对224个非常不同的恒星进行了研究。他们的样本中既有主序星，也可以说是处于生命鼎盛时期的恒星，也有更老，更进化的巨星。通常，恒星的对流和旋转特性都随着年龄的增长而变化。与主序星相比，已演化的恒星显示出较厚的对流区，该对流区通常在恒星的大部分直径上扩展，有时完全取代辐射区。这导致对流热传输更长的周转时间。同时，旋转通常会减慢速度。

在他们的研究中，研究人员分析了从美国加利福尼亚州威尔逊山天文台获得的数据集，该数据集几年来记录了恒星在等离子中发现的典型钙离子波长的辐射。这些排放不仅与恒星的活动水平相关。复杂的数据处理还可以推断出恒星的自转周期。

像太阳一样，恒星有时会被磁场强度极高的区域所覆盖，即所谓的活动区域，该区域通常与恒星可见表面上的黑点相关。芬兰阿尔托大学的MaaritKäpylä教授同时也是“太阳能和恒星研究小组”的负责人，他说：“随着恒星的旋转，这些区域进入并穿过它们，导致发射亮度出现周期性的上升和下降。” MPS上的“ Dynamos”解释道。但是，由于恒星排放还会因其他影响而波动，因此要识别周期性变化（尤其是长期变化）非常棘手。

MPS的Nigul Olspert博士说：“我们研究的某些恒星显示了数百天的自转周期，并且令人惊讶的是，其磁活动水平仍然与其他恒星相似，甚至明显地像太阳这样的磁循环。”数据。相比之下，太阳在太阳赤道仅以大约25天的自转周期轻快地自转。对流周转时间是通过恒星结构模型计算得出的，其中考虑了每颗恒星的质量，化学成分和演化阶段。

科学家的分析表明，恒星的活动水平并不依赖于其旋转，正如其他基于较小且更均匀的样本（仅包括主序恒星）的其他研究所建议的那样。相反，只有考虑到对流，才能以统一的方式理解主序列和演化恒星的行为。Käpylä教授总结道：“旋转和对流的共同作用决定了恒星的活跃程度。”她补充说：“我们的研究结果使规模扩大，有利于包括湍流对流在内的发电机机制。”

参考：Jyri J.Lehtinen，Federico Spada，MaaritJ.Käpylä，Nigul Olspert和PetriJ.Käpylä的“普通发电机在缓慢旋转的年轻恒星中的缩放”，2020年3月9日，自然天文学。DOI：
10.1038 / s41550-020-1039-x

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