捕捉到比太阳大75倍的气泡

  恒星表面的对流  

我们知道，恒星是通过核聚变在核心产生能量的。这种能量能够以巨大的热气泡的形式被带到恒星表面，然后冷却并下沉。这种混合运动被称为对流。

天文学家已经对太阳上的对流展开了很好的研究，也在一些大质量的红超巨星表面以及质量较小的恒星表面发现了对流的迹象。然而，他们对这些恒星上的对流在时间以及空间尺度上的细节，仍不甚了解。

在一项新发表于《自然》杂志的研究中，天文学家首次以足够详细的细节，捕捉到在太阳以外的恒星表面的对流迹象——他们追踪到了一颗名为剑鱼座R（R Doradus）的恒星表面的起泡气体的运动。

天文学家首次捕捉到一颗恒星（剑鱼座R）表面的高分辨率图像。这些图像足够详细，能够追踪其表面的起泡气体的运动。（图/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemmings et al.）

  太阳上的米粒 

太阳的外层被称为光球，是由起泡的热气体组成的。它包含着数百万个直径约为1000千米的米粒（granule），这些存在于太阳表面的美丽的颗粒结构，是通过对流而形成的。

米粒从中心开始沸腾，然后在边缘开始逐渐消退，在消散之前可以持续大约20分钟。在更深处，这些米粒组织形成的规模更大。中米粒（mesogranule）的直径在5000到10000千米之间，其寿命可以持续约3小时。而超米粒（supergranule）的直径可以达到3.2万千米，存在时间约为20小时。

然而，要想在其他恒星上对这种结构进行观测，并非易事。事实上，除了太阳之外，人们从未捕捉到过其他恒星上的对流运动细节。一直以来，天文学家希望也能在远离太阳系的其他恒星上，观测到这一过程。

  红巨星：剑鱼座R 

天文学家认为，距离地球约180光年的剑鱼座R，是进行这项观测的一个理想目标。

剑鱼座R的广角视野。（图/ESO/Digitized Sky Survey 2. ）

剑鱼座R是一颗红巨星，它的直径大约是太阳的350倍。巨大的体积以及和地球相对较近的距离，使得更容易对其表面成像，更有可能观测到一些重要的细节。

红巨星与太阳是非常不同的，太阳正处于生命的中期，而红巨星则是那些已经耗尽了核心中的氢，并由壳层燃烧来供能的恒星。这个过程会使恒星膨胀到原来大小的许多倍。

在新的研究中，天文学家在阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA）的帮助下，不仅首次直接观测到了剑鱼座R表面的对流米粒，还首次测量了在其表面移动的这些热气泡的速度。

  前所未有的细节 

他们的结果显示，剑鱼座R上的对流米粒非常大，是太阳大小的75倍！此外，他们还测得这些米粒似乎会以比预期更快的速度沉入恒星内部，时间长度大约在一个月左右，这比天文学家根据太阳对流的工作原理所做的预期结果要快得多。

研究人员尚不清楚是什么造成了这种差异。似乎随着恒星变老，对流会以某种未知的方式发生变化。剑鱼座R的质量与太阳相似，这意味着剑鱼座R很可能与50亿年后变成红巨星时的太阳的样子相似。

通过对流而产生的能量传输，对于恒星演化的许多阶段都至关重要。它们能将形成于核心的重元素（如碳和氮）分布到整个恒星中，也被认为是恒星表面产生的强风的原因，这些强烈的恒星风能将核合成的元素带到宇宙的星际介质中，形成新的恒星和行星。

新的研究结果让研究人员惊喜，因为他们从未想到能获得如此高质量的数据，使他们可以在另一颗恒星表面如此清晰地看到对流的细节。对剑鱼座R的观测有助于天文学家理解了像太阳这样的恒星的行为，这是理解这些过程的重要一步。