一點兒也不罕見，8%的紅巨星有黑子，其中15%還是雙星系統
2020-07-15 博科園研究發現紅巨星黑子比之前認為的更為常見，在發表在《天文學與天體物理學》期刊上的研究中，由馬克斯·普朗克太陽系研究所(MPS)領導的研究表明：大約8%的紅巨星顯示出這些黑子（就是太陽上的那種黑子），黑子是恆星表面強磁場的表現形式。這些磁場是在恆星內部深處產生，這一過程需要對流和恆星的快速旋轉。雖然紅巨星通常被認為是緩慢旋轉的恆星，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周期短的原因，從與另一顆近鄰恆星的強制同步，到吞噬恆星或行星，再到發展早期較快的初始自轉速度。太陽最顯著的特徵之一是太陽黑子，與表面的其他部分相比，太陽黑子的區域相對較暗，其中一些區域即使在沒有放大的情況下也能從地球上看到。許多其他恆星，像太陽一樣正處於生命的鼎盛時期，也被黑子覆蓋著。
而且在處於恆星演化後期階段的紅巨星中，黑子以前被認為是罕見的。這種差異的原因可以在恆星內部找到，在恆星發電機過程中，導電等離子體電流和旋轉的相互作用會產生恆星磁場，然後被衝到表面。在一些地方，特別強的磁場會阻止熱等離子體向上流動。這些區域看起來很暗，構成了恆星黑子。旋轉和對流都是形成表面磁場和黑子的關鍵因素，有外層對流層的恆星有可能通過發電機作用產生表面磁場。
8%紅巨星有黑子
但只有當恆星旋轉得足夠快時，磁活動才能被檢測到。到目前為止，研究人員一直認為幾乎所有的紅巨星，圍繞軸旋轉的速度都相當慢。畢竟，當恆星在生命接近尾聲時發展成紅巨星時，它們會戲劇性地膨脹，其結果是旋轉速度變慢了，就像花樣滑冰運動員張開雙臂做旋轉一樣。這項新研究現在描繪了一幅不同的圖景，在觀測到的紅巨星中，約有8%的旋轉速度足夠快，足以形成黑子。
研究搜尋了美國宇航局克卜勒太空望遠鏡在2009年至2013年記錄的約4500顆紅巨星測量數據，以尋找黑子的證據。黑子會減少恆星向太空發射的光量，由於黑子通常在幾個月內只會有輕微的變化，所以會逐漸旋轉出望遠鏡的視野，然後在一段時間後再次出現，所以這會產生典型、有規律重複出現的亮度波動。科學家研究了為什麼有黑子的紅巨星旋轉得如此之快的問題，以及弄清楚是如何聚集必要的能量。
研究的主要作者派屈克·高梅博士說：為了回答這些問題，必須儘可能多地確定恆星的性質，然後把它們的全貌拼湊在一起。例如，在阿帕奇點天文臺，研究人員研究了一些恆星的星光波長是如何隨時間變化的，這樣就可以得出關於它們確切運動的結論。研究還觀察了亮度的快速波動，這些波動疊加在由恆星黑子引起的較慢亮度上。較快波動是壓力波通過恆星內部傳播到其表面的表現形式。
15%是雙星系統
包含許多恆星內部屬性的信息，例如恆星的質量和年齡。分析顯示，大約15%有黑子的巨星屬於雙星系統，通常由一個紅巨星和一個較小且質量較小的伴星組成。在這樣的雙星系統中，兩顆恆星的旋轉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動員一樣一致旋轉。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得更快。其他有恆星黑子的紅巨星(約85%)是獨立運行，但它們旋轉得很快。
那些質量大致等於太陽的恆星，很可能在演化過程中與另一顆恆星合併，從而獲得了速度。質量是太陽兩到三倍的一些，回顧了另一個不同的發展，在它們成為紅巨星之前的全盛時期，內部結構阻止了逐漸將粒子帶離恆星全球磁場的產生。與磁力對應物不同的是，隨著時間的推移，它們的旋轉速度會越來越慢，而它們的自轉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徵背後，研究發現了三組快速旋轉的恆星，每一組都有非常不同的解釋。因此，難怪這一現象比之前認為的更普遍。像本研究這樣的研究，除其他外，揭示了恆星的自轉和磁活動的演變，以及它們複雜的相互作用，包括對它們可能承載的行星系統宜居性的影響。這些也都是未來歐空局柏拉圖任務的主要目標之一，預計將於2026年底發射。
博科園｜研究/來自：馬克斯·普朗克研究所
參考期刊《天文學與天體物理學》
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