巨大“垂死”恒星出现神秘的亮度波动？科学家找到了最新解释

许多红巨星发出的光，拥有极其缓慢而稳定的“脉冲”，这种现象可能很快就会有更清晰的解释。

根据一项新的分析，这些神秘的亮度波动不是由内部过程引起的，而是由被从垂死的巨行星吸走的尘埃云遮蔽的双星伴星引起的。

当质量低于太阳质量8倍左右的中等质量恒星到达生命的“暮年”时，它们会经历一些相当戏剧性的变化。

当它们的核心将所有的氢都融合为氦时，内部的核聚变停止，核心开始收缩。这会把更多的氢带进核心附近的区域，形成一个氢壳；然后，核聚变再次开始，将氦倒入核心。这叫做氢壳燃烧（shell burning）。

在这段时间里，恒星的外层膨胀了很多。例如，当这种情况最终发生在太阳上时，它会膨胀到超过地球的轨道。这是恒星演化的红巨星分支。

红巨星的亮度经常在一定周期内略有波动。红巨星参宿四就是一个很好的例子。它有几个亮度周期，其中一个周期在425天左右，另一个周期在185天左右。这是由于恒星膨胀，收缩，再膨胀时，声波在恒星内部反弹造成的。

最长的周期则更加神秘。这就是我们所说的“漫长的次级周期”，它有5.9年之长。并不是所有的大分枝恒星都有很长的次级周期，但是很多都有——科学家们已经在所有已知的大分枝恒星中发现了大约三分之一的长次级周期——而且这些周期不能用同样的方式来解释。

对于这些在垂死的恒星中产生的神秘的脉流，人们提出了一些解释，包括一种不同类型的内部振荡、磁活动，或者是双子星伴星的存在。

为了弄清这一谜团的真相，波兰华沙大学Igor Soszyński领导的一组天文学家对具有长次级周期的红巨星进行了深入研究。

根据现有的调查数据，他们整理了16000颗恒星的光学和中红外观测数据，从中提取了大约700颗恒星，并绘制了清晰的红外光曲线——光线随时间变化的曲线图——以便进行更深入的分析。

当比较这700颗恒星的光学和红外光曲线时，出现了一些奇怪的现象。在所有恒星的两个光曲线中，如预期的那样，有一个很大的下降，这与恒星变暗的周期相对应。但对于大约一半的恒星来说，只有在红外光曲线上，才会出现第二次较浅的倾斜，与最初的倾斜正好相反。

研究小组说，这是一条重要的线索。中红外光通常是由尘埃产生的——它吸收星光，再以较长的波长重新发射出去。

这可以很好地解释红巨星周围发生的事情。如果一颗恒星正被一颗较小的伴星围绕，它吸走了恒星的物质，因此拖着一个长长的尘埃云，那么当它从我们和恒星之间经过时，会产生一个长时间的、强烈的、所有波长的星光下降。

然后，当这个尘埃物体绕到恒星的一侧时，我们将能够看到中红外光，因为星光被吸收并重新发射。当双星的伴星移动到恒星后面时，这中红外光会减弱，只有当伴星从另一边出现时才会再次发光。

根据该小组的分析，光曲线的振幅表明，这颗伴星要么是一颗质量很低的恒星，要么是一颗褐矮星。但是棕矮星——没有大到可以成为恒星，但又大到不能成为行星的恒星——相对来说比较少见。

如果这些伴星是褐矮星，研究小组说，它们可能是作为较小的系外行星开始生命的，并从红巨星的外壳吸收物质。这表明，大多数次级周期较长的红巨星的轨道上的物体曾经是系外行星。

反过来，研究人员说，这一发现可以让长次生周期(LSPs)巨分枝恒星被用作研究银河系行星数量的“追踪器”。

该团队的研究发表在《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）上，题为“Binarity as the Origin of Long Secondary Periods in Red Giant Stars”。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://www.sciencealert.com/we-might-finally-know-why-old-giant-stars-pulse-like-slow-heartbeats

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abf3c9