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Aug. 04 2023

首次3D模擬揭示恆星內部的擾動

  • 恆星內對流的模擬。(圖片來源:EH Anders 論文作者等人)

    恆星內對流的模擬。(圖片來源:EH Anders 論文作者等人)

  • 恆星內部的能量傳遞方式。(資料來源:維基百科)

    恆星內部的能量傳遞方式。(資料來源:維基百科)

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恆星的形成,簡單而言,由於重力擠壓恆星,試圖使其坍縮,這導致內部核心變得極其高溫和高壓,當超過此臨界點時就觸發了核融合,核融合產生的熱壓力會抵抗重力。當恆星處於主序星狀態時,這兩種力會相互平衡使恆星處於穩定狀態。但其運作方式的細節極其複雜,很難將模型與我們在恆星表面看到的情況相匹配,然而現在有一種新的電腦模擬可幫助改變這種狀況。

恆星內對流的模擬。(圖片來源:EH Anders 論文作者等人)

恆星內對流的模擬。(圖片來源:EH Anders 論文作者等人)

雖然恆星的內部壓力和重力通常是平衡的,但熱量的流動卻不是。恆星核心中產生的所有熱量和能量都會向外傳遞。傳遞方式通常有兩種方式,第一種是通過輻射交換。來自核心的高能伽馬射線光子向外傳遞時會不斷與內核物質粒子相碰撞,被粒子吸收後再輻射,光子飛不遠就會因這種情形而消失或轉向。當它們遷移到表面逃逸時會逐漸失去一些能量,由於恆星內部物質非常緻密,這可能需要數千年才能抵達太陽表面。

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恆星內部的能量傳遞方式。(資料來源:維基百科)

恆星內部的能量傳遞方式。(資料來源:維基百科)

第二種方式是透過熱對流。恆星中心附近的熱物質試圖膨脹,將其推向表面。與此同時,表面附近較冷的物質凝結並向核心下沉。這兩種物質共同形成了一種循環流動,將熱能傳遞到恆星表面。這種對流攪動著恆星的內部,由於粘度和湍流漩渦等因素,這種對流非常難以建模。

恆星一般有一個輻射層和一個對流層。這些區域的位置和大小取決於恆星的質量。小恆星幾乎完全是對流層,而像太陽這樣的恆星有一個內部輻射層和一個外部對流層。對於大質量恆星來說,這是相反的,內部是對流層,外部則是輻射層。關於對流,可以導致恆星表面像一鍋沸騰的水一樣波動,反過來又導致恆星的整體亮度略有閃爍。

在這項新研究中,研究小組展示了恆星中的對流區域與恆星閃爍方式之間的關聯。他們發現,聲波在恆星中傳遞時會受到對流的影響,而對流又會改變恆星閃爍的方式。這意味著我們可以透過觀察恆星的閃爍來研究恆星的內部,進而使天文學家更加了解恆星。

現在,這些閃爍還太微弱,目前的望遠鏡無法觀測到。但有了更大、更靈敏的望遠鏡,我們應該能夠研究它們。天文學家已經能夠藉由日震學來研究太陽中聲波的影響。在未來的幾十年,應該能夠利用附近的恆星做到這一點。本研究已發表在《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊。

 

資料來源:Universe Today

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

 

 

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