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云南天文臺太陽模型研究獲進展
2019-09-04  |  作者:  |  【  】 【打印】 【關閉

  近期,中國科學院云南天文臺恒星物理組張錢生、李焱與丹麥奧胡斯大學教授Christensen-Dalsgaard Joergen合作,詳細研究了對流超射、太陽風和主序前吸積對太陽結構演化模型的影響,基本解決了“太陽豐度問題”這一困擾國際恒星物理界十余年的難題。8月20日,美國天文學會的《天體物理學雜志》(The Astrophysical Journal)發表了他們的最新研究成果。

  “太陽豐度問題”是指,采用最新的太陽化學組成的測定結果以后,基于標準恒星演化理論預言的標準太陽模型的多方面性質(對流層底部位置、表面氦豐度和鋰豐度,以及內部聲速和密度輪廓)與觀測不符合。自從2004年采用3D對流大氣模型擬合太陽譜線得到低金屬豐度之后,該問題一直存在至今,長達十余年內,國際恒星物理學家都未能構建全面符合觀測的太陽結構演化模型。由于太陽是精細檢驗恒星演化理論的最佳對象,標準太陽模型與觀測存在多方面不符合,說明了當前恒星演化理論存在嚴重缺陷。

  此問題的難度在于太陽模型的觀測限制很多,而且觀測精度很高,因而難以構建全面符合觀測的太陽模型。通過對模型中存在的問題的逐一分析和全盤考慮,文章作者提出,在恒星演化理論中考慮對流超射、太陽風和主序前吸積這三個標準理論中忽略的物理過程,有可能全面改進太陽模型。

  文章作者對三種額外物理過程建立了物理模型,并計算了各種參數下的太陽演化模型,發現當主序前吸積物質為貧氦情況時,太陽模型可以被顯著改進。一個典型的改進模型(TWA)的性質如下圖和表所示。

  圖中顯示了標準太陽模型(SSM09Ne和SSM09)和改進太陽模型(TWA)的聲速(a)和密度(b)與日震學反演的偏差,表中顯示了標準太陽模型和改進太陽模型的表面氦豐度Ys、對流層底部深度Rbc、表面鋰豐度A(Li)以及在地球測量太陽各種核反應中微子流量的理論值和觀測值。可以看到,改進模型TWA已經與太陽觀測結果全面符合。

  該研究揭示了標準恒星演化理論中忽略的某些物理過程能夠產生的重要作用,首次指出太陽風對于太陽模型的構建是不可忽略的,首次提出主序前的物質吸積可能是非均質的,并且基本解決了“太陽豐度問題”這一存在十余年的難題。

  本研究工作得到國家自然科學基金群體、重點、面上項目、中國科學院青年創新促進會和西部之光項目的支持。

  

  圖1 太陽模型的聲速(a)和密度(b)與觀測值的相對偏差,橫坐標為距離太陽中心的相對半徑

  

  表1 太陽模型的性質:上半部分包括太陽模型的表面氦豐度Ys、對流層底部深度Rbc、表面鋰豐度A(Li),下半部分為在地球測量太陽各種核反應中微子流量

  

  論文鏈接

 
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