云南天文台发现SPB中心对流核外存在奇异的混合效应

云南天文台 2020-08-19

  近期,中国科学院云南天文台恒星物理组吴涛、李焱及其合作者通过对上主序慢脉动B型脉动变星(SPB)的星震学研究发现:其中心对流核外存在奇异的混合效应。国际天文学杂志《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)于上周发表了他们的最新研究成果。

  湍对流运动现象广泛存在于各种天体中,它是引起物质输运(混合)以及能量传输的最主要物理过程之一,在恒星结构演化理论中占据至关重要的位置。湍流元在对流区受浮力作用而运动,到边界处浮力为零,但仍有速度。因此,湍流元将继续运动,延伸对流对物质和能量的输运效果,直至湍流元停止。这将导致实际混合区域要比对流区大。在目前的研究中,对流超射引发“额外”元素混合有两种主流描述:全部混合和部分混合。

  吴涛、李焱等人结合观测和理论模型分析,对SPB星KIC 8324482脉动模式周期间隔的变化行为进行分析发现:在恒星KIC 8324482中,中心对流核边界处扩散系数突降11个数量级,对流核之外的辐射平衡区内是一个很弱的额外混合。对应于上面两种对流超射主流描述来说,该恒星的中心对流核几乎不存在超射现象,或者说对流超射极弱。但对一个拥有约1.3个太阳质量(约0.5太阳半径)大小的对流核来说,这明显与常理不符。总的来说,上述两种方法都不适用于对该扩散系数轮廓进行描述。因此需要新的对流超射模型才能加以解释。

  同时,他们通过对观测的脉动功率谱进行自相关分析发现:该恒星存在转动,其自转周期约60天(其表面赤道旋转速度约2.6公里每秒)。如果将对流区外较弱的额外混合解释为旋转引起的元素扩散,那么所需的旋转速度将是目前观测值的20-30倍。因此,目前旋转对元素输运的理论模型也不能很好对其描述。

  总的来说,SPB星KIC 832482内部所表现出的奇异扩散系数分布现象,无论是目前的对流超射模型还是旋转混合模型都不能给出合理解释。就该恒星而言,目前的理论模型需要进行调整才能解释观测。至于该往什么方向调整,我们还需对更多类似样本进行详细分析。

  对流及旋转相关研究目前依然是恒星物理学中的重点和难点,在上主序中、大质量恒星内部表现尤为突出。不同的处理方式将直接影响该类恒星的寿命以及它们最终的演化归宿。星震学通过机械波在恒星内部的传播来研究恒星内部结构信息状态。SPB星可以通过不同脉动模式的周期间隔变化行为对恒星内部的元素轮廓以及扩散系数分布进行限制,从而为恒星结构演化模型提供更多、更严格的观测限制。   

  该工作得到国家自然科学基金群体、重点、面上、云南省基础研究面上项目、云南省万人计划“青年拔尖”人才项目、中科院先导B专项、中科院青促会的支持。

  论文链接