大约50亿年后，当太阳耗尽其核心中的氢时，太阳将膨胀并变成一颗红巨星，与太阳超过100亿年的寿命相比，太阳生命的这一阶段相对较短。红巨星将发出比太阳亮1000倍的光芒，突然，在其核心深处的氦开始熔化为碳，这一过程被称为“氦核闪光”。在此之后，这颗恒星进入了1亿年安静的氦聚变。天体物理学家在理论上和模型中预测了这些闪光已经有50年了，但从来没有观察到过。然而发表在《自然天文》期刊上的一项新研究表明，这种情况可能很快就会改变。
加州大学圣巴巴拉分校Kavli理论物理研究所(KITP)的西蒙斯杰出访问学者，也是丹麦奥胡斯大学的教授、合著者Jørgen Christensen-Dalsgaard说：模型清楚地预测到了氦芯闪光的影响，但没有发现直接反映它们的观测结果。像太阳这样的恒星动力是在1500万K左右的温度下将氢熔合成氦。然而，氦需要比氢高得多的温度(大约1亿K)才能开始熔合成碳，所以它只是在核心中积累，而周围继续燃烧着一层氢的外壳。在此期间，太阳膨胀到相当于到地球轨道的大小。
最终，恒星的核心达到了完美条件，触发了氦的猛烈点火：氦核闪光。在接下来的200万年里，核心经历了几次闪光，然后进入一种更静态的状态，在大约1亿年的过程中，核心中的所有氦燃烧成碳和氧。氦核闪光在我们理解低质量恒星的生命周期中，起着不可或缺的作用。不幸的是，从遥远恒星的核心收集数据非常困难，所以科学家们一直无法观察到这种现象。现代空间天文台的力量，如开普勒卫星，CoRoT，现在美国国家航空航天局的过境太阳系外行星勘测卫星(TESS)或将改变这一状况。
从太空获得非常敏感的测量结果，使得观察到大量恒星亮度的微妙振荡成为可能。氦核闪光产生一系列不同的波，这些波通过恒星传播。这导致恒星像钟一样振动，表现为其整体亮度的微弱变化。对恒星脉动的观察已经告诉天文学家关于恒星内部过程的知识，就像地质学家通过研究地震了解地球内部一样。这种被称为星震学的技术已经发展成为天体物理学中一个蓬勃发展的领域。核心闪光发生得相当突然，就像地震一样，开始于一个非常有能量的事件，随后是在接下来的200万年中一系列相继较弱的事件，在大多数恒星的生命中相对较短的一段时间。
正如由KITP主任Lars Bildsten和KITP高级研究员Bill Paxton领导的一篇早期研究所示，这些恒星的脉动频率对核心条件非常敏感。因此，星震学可以为科学家提供测试，为我们对这些过程的理解信息。这项新研究的主要目的是确定这些闪光区域是否能够激发足够大的脉动，使我们能够看到。经过几个月的分析和模拟，研究人员发现许多应该相对容易观察。研究中详述新的和有希望的角度是，天文学家一直在研究一种非常特殊（而且到目前为止还不是很清楚）被命名为亚矮星B星的恒星过程。
这些是前红巨星，由于未知的原因，它们失去了大部分外层氢。亚矮星B为科学家提供了一个独特机会，可以更直接地探测恒星的热核。更重要的是，剩下薄薄的氢层不够厚，不足以抑制重复氦核闪光引起的振荡，这给了研究人员直接观察它们的机会。这项研究首次提供了恒星模型在氦聚变点火时预测的复杂过程的观测信息，这项研究工作充分利用了由前KITP研究生研究员Daniel Lecoanet领导的一系列流体动力学计算。
如果这一切都成功了，这些恒星可能会为这一天体物理学的基本难题，提供一个新的试验场。研究人员渴望将这些发现应用于实际数据，事实上，氦核闪光可能已经被观察到了。CoRoT和开普勒观察到的几颗恒星显示出无法解释的振荡，这些振荡看起来类似于氦核心闪光的预测。苔丝号在未来研究中将被证明是至关重要的，因为它将观察到整个恒星带，包括一些可以探测到这些脉动的地方。这将为模型提供进一步的强有力测试，并洞察太阳的未来。
博科园｜研究/来自：加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校
参考期刊《自然天文》
DOI: 10.1038/s41550-019-0890-0
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