国家天文台、上海天文台等单位联合探索恒星形变如何抑制磁流体发电机

你能想象一颗鸡蛋形状的恒星么？这个形状比喻或许有些夸张，但宇宙中确实存在大量由于转动过快或者受伴星潮汐力拉扯导致严重变形的恒星。在这种情况下，恒星不再保持球形，而是被拉长成椭球状。

椭球形的“鸡蛋星”与球形的“篮球星”，其内部结构会有不同么？可惜的是，我们无法切开恒星，去瞧瞧里面发生了什么。然而幸运的是，恒星内部的行为，往往会产生外在表现。以磁流体发电机为例：恒星内部通过较差自转与对流产生磁场，磁场上浮至表面，产生磁活动（如黑子、耀发、X射线辐射等）；磁场的产生与消亡，以磁活动周期的形式呈现，如太阳黑子的11年活动周期。所以，如果恒星内部结构发生改变，磁场也随之变化，我们便有理由期待观测到磁活动周期的相应变化。

SCPMA

近日，国家天文台和上海天文台等合作团队在Science China-Physics, Mechanics & Astronomy上发表封面文章“Retarded stellar dynamo in tidally deformed M dwarfs”。

该研究首次从观测上揭示了单星与密近双星在活动周期——自转周期关系上的系统性差异，意识到该差异可能源于潮汐形变引发的内部发电机机制的变化，继而通过数值模拟对比了恒星在球状与椭球状下的内部热对流行为，率先探索了恒星形变对磁流体发电机过程的抑制作用。

研究人员构建了一个涵盖单星、宽距双星与密近双星的恒星样本，三者所对应的自转速度与形变效应依次递增。通过研究这些恒星的磁活动周期与自转周期之间的关系，研究人员发现近球形恒星（单星和宽距双星）与形变恒星（密近双星）呈现出截然不同的行为。前者磁活动周期与自转周期无关，而后者自转越快，磁活动周期越长（图一）。这一差异暗示，形变恒星内部的磁流体发电机行为已发生改变，进而意味着内部结构可能发生了变化。

图一 磁活动周期与自转周期的关系图。五边形和正方形分别代表单星和宽距双星样本（近球形恒星），圆形代表密近双星样本（形变恒星）。

为进一步厘清这一内在变化机制，研究人员开展了数值模拟。结果显示，在高度形变的恒星中，热对流作用会减弱（图二），较差自转也随之减弱（图三）。这些效应可能延长了极向磁场与环向磁场之间的转换时标，从而解释了密近双星中新发现的磁活动周期与自转周期之间的关系。

图二 模拟所得的湍流时间平均方位角速度等值线图。顶部面板展示表征轻微形变恒星，底部面板表征显著形变恒星。从左向右为不同平面的切片。

图三 模拟所得的恒星表面纬向流平均流速（红色代表轻微形变恒星，蓝线代表显著形变恒星）。

该工作由国家天文台王松副研究员和上海天文台博士后李文博为共同第一作者，国家天文台王松副研究员、刘继峰研究员和上海天文台孔大力研究员为共同通讯作者。

文章信息

https://doi.org/10.1007/s11433-025-2941-9