英媒想知道恒星内部有什么？请倾听

　　英国《经济学人》周刊网站近日刊登题为《想知道恒星内部有什么？仔细听》的文章，内容编译如下：
　　事实证明，来自恒星的声音对天文学家有用。
　　20世纪60年代，天文学家发现太阳在搏动，每5分钟有规律地膨胀和收缩一次。除了这个主振荡，天文学家后来还发现数百万个振荡，每个都有独特的节奏。这些振荡是在太阳内部反弹的压力波造成的。因此，它们携带了有关恒星内部气体和状况的宝贵信息。就像地质学家利用地震引发的地震波来收集有关地球岩石内部的信息，天文学家也开始利用＂日震＂来一窥距离最近的恒星内部。
　　通过＂倾听＂来自太阳的声波，＂日震学＂使天文学家得以计算出太阳的内部结构和动态。目前，新的天文台正在将这项技术扩展到太阳系外的恒星。＂星震学＂将使天文学家一窥遥远恒星的内部，并帮助他们了解银河系是如何演化的。
　　解析太阳结构
　　当地震波穿过地球时，它们会受到所穿越物质的影响。例如，这些波的速度与地核和地幔中岩石的温度、密度和化学成分有关。穿过恒星的声波也同样受到它们遇到的物质构成的影响。
　　太阳的中心是核聚变发生的核心；周围是辐射区，能量通过辐射和热传导传输。再外面是＂对流区＂，上升和下降的等离子体气泡在这里产生不稳定的状况。
　　这种＂紊流＂是引起太阳振荡的声波的来源。地震产生的地震波通常来自地壳中的点源，但太阳的振荡是由在其整个对流区发生的无数扰动引发的。就像钟一样，太阳不断地随着数以百万计振荡的音调和泛音回响。
　　这些波一直是准确测量太阳年龄的有效方法。通过跟踪太阳内部声波速度的变化，可以推断太阳内部密度的变化。由此，天文学家计算出太阳含有多少氦和氢。氦是由太阳核心的氢核聚变产生的（这是让所有恒星发光的过程），通过测量这些元素的数量证实，太阳已有46亿年历史，与地球上发现的最古老陨石的年龄相当（这是另一个尝试和检验过的测量太阳系年龄和太阳年龄的方法）。
　　到20世纪末，太阳的声波还帮助解决了一个太阳中微子通量的长期难题。中微子是一种在恒星核心发生聚变反应中产生的基本粒子。几十年来，天文学家测量的来自太阳的中微子数量与粒子物理学家预测的中微子数量之间一直存在令人费解的差距。地震学测量结果表明，天文学家的太阳运行方式模型没有任何问题。粒子物理学家随后不得不修正他们关于中微子的理论，他们过去一直认为中微子是无质量粒子。他们得出结论，中微子事实上必须具有极小的质量，并且能够在从太阳到地球的过程中从一种类型转换到另一种类型。这一结论在2002年得到了实验证实。
　　测量遥远恒星
　　这些成功让日震学家有信心拓宽视野。通过测量遥远恒星表面凹凸移动的程度和速度，丹麦奥尔胡斯大学的天体物理学家约恩·克里斯滕森-达尔斯高在1995年成为在另一颗恒星（距地球37光年的一个双星系统）中发现振荡的人之一。但对太阳系以外恒星的研究进展非常缓慢。为了记录一颗质量是太阳10倍、距离地球690光年的大质量恒星的少量恒星振荡，比利时鲁汶大学的天体物理学家康妮·阿尔茨不得不整理追溯到上世纪80年代初的20年观测数据。
　　幸运的是，阿尔茨及其同事今后将不必如此辛苦。天文学的一个分支——寻找系外行星——正在为星震学家提供大量帮助（和大量数据）。寻找太阳系以外的行星需要长时间观察遥远的恒星，并寻找它们亮度的微小变化。这些变化可能来自飞越恒星的行星，也可能来自恒星本身的振荡。近年来，欧洲太空机构发射的科罗天文卫星和美国航空航天局（NASA）建造的开普勒空间望远镜以前所未有的精确度对数千颗恒星进行了监测。这些任务收集的数据对星震学家来说是一座金矿，他们利用这些数据研究了数百颗类日恒星和数千颗红巨星。
　　在这场疯狂的活动之后，很多恒星的详细资料都得到了更新。例如，一个法国天文学家团队最近发现，17光年外的天鹰座中一颗快速旋转的明亮恒星牛郎星仅有1亿年历史，而不是此前认为的10亿年。他们利用了观测牛郎星亮度波动的星震学数据，这些波动是由恒星内部的振荡和压力波引起的。
　　揭示星系形成
　　今年8月，一个天文学家团队更新了双星系统牧夫座12的年龄。这颗双星是由NASA的凌日系外行星勘测卫星（TESS）观测的。研究人员在英国《皇家天文学会月刊》上发表文章称，他们计算出这颗恒星的年龄为26.7亿年，误差小于1.6亿年（误差率为6%）。传统的年代测定方法的不确定度远高于10%。来自开普勒空间望远镜的数据还显示，位于天鹅座和天琴座附近、每颗都距离我们几千光年的三颗红巨星的核心内部存在很强的磁场。
　　TESS将继续为星震学家提供新的数据，但更佳的仪器也在途中。欧洲航天局将在2026年发射新的寻找系外行星的＂柏拉图＂号空间望远镜。它不仅将监测数十万颗类日恒星，还将监测数万颗大质量恒星。
　　虽然质量至少是太阳8倍的大质量恒星在银河系中是少数，但天文学家对它们特别感兴趣。当它们以超新星的形式消亡时，它们用重元素丰富了星际环境。大质量恒星燃烧时，核心会产生比铁更轻的元素；超新星爆炸则会产生更重的元素。通过星震学测量了解恒星内部有哪些元素，可以揭示这颗恒星属于哪一代，以及它是从多少颗前任恒星中再生的。例如，太阳被认为是第三代恒星，这意味着它起源于第二代恒星的物质。
　　牛津大学天体物理学家克里斯·林托特说：＂如果我们想了解银河系是如何形成的，我们就需要了解每一代恒星的行为。详细了解恒星演化是把我们银河系的历史整合起来的下一步。＂
　　图片说明 缩略图 太阳内部声波的示意图（欧洲航天局网站）