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科学家破解恒星磁场恒定不变或随时在变之谜


http://www.sina.com.cn 2004年11月09日 17:35 新浪科技

  最近,《自然》杂志上刊登一项研究成果,弄清楚了为什么有些恒星的磁场是恒定不变的,有的却随时在变。

  科学家解释说,在宇宙中有些恒星磁场是恒定不变的,与磁铁的磁场相似;而另一些恒星磁场却随时都在改变。这个问题已经困惑了天文学家很长一段时间了。

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  在宇宙中很多恒星外围的磁场活动每隔数年、数周甚至数天,就会有明显的改变,比如太阳。这些恒星磁场随着时间的推移时刻发生着剧烈变化,而且这些天体不同地区的磁场和磁极会突然出现突然消失。同时另一些恒星却有着强劲和稳定的磁场,其特征与条形磁铁平滑和恒定的磁场非常相似。这种有稳定磁场的恒星在天文学上被称为“磁星”

  在这些“磁星”中,其磁场线就从南北两极的一点出发,向外成环,并最后终结在另一个极点,就像我们平常看到的南瓜的棱线。这就像普通条形磁铁磁场一样。在宇宙中共存在三种类型“磁星”:第一种为A类磁星,一般情况下是有10倍太阳质量大小的普通恒星,比如在北斗七星柄上的第三颗星北斗五大熊座ε”就是这种磁星;第二种是一些燃烧殆尽的恒星——白矮星,其外层有比A类磁星要强10万倍的磁场存在;最后一类磁星就是一些超密集中子星,它们拥有比普通条形磁铁强大一千亿倍以上的恒星磁场存在。

  在过去半个世纪的时间里,对于为什么会在恒星外层包裹如此强的稳定磁场,一直以来存在着两种不同的解释。一种说法认为,磁场是由磁星内部深层运动产生的,这与地球外围稳定磁场产生原因类似;另一种观点则主张认为,在星云坍缩形成恒星时剩下大量带有磁性的气体云层,这些云层包围着恒星并形成较为强大的外层磁场。这种理论似乎就能解释为何磁星的强磁场不会随时发生改变。但是,这种理论也有缺陷。因为倘若果真如此,那么磁星的外层磁场必将会在数年后逐渐削弱、并最终消失殆尽。

  德国马普天体物理学会的研究人员对这一现象进行了研究,他们利用数值仿真技术,对两种不同理论所假设的“磁星”磁场形成过程进行了模拟。研究人员发现,随着恒星的形成和演进,如果要能最终形成稳定的磁场,后一种“星云残留”理论得到了试验结果的支持。

  马普天体物理学会的研究人员亨德里克-斯普瑞特解释,通过试验可以看到,由形成恒星而残留下来的星云物质中拥有非常强大的磁场,这比以往所观测到的“磁星”所拥有的磁场更强。尽管随着各种情况的发生,这其中大部分的磁通量都逐渐衰退了,但是总会有一部分(甚至是很大一部分)会保留下来。而且,更为重要的是这些磁场中的磁力线特征一致,会互相扭曲缠绕成螺旋型,并最终成环并汇集到一起。其磁场情况虽然比“磁星”的表现更为复杂,但大致趋势还是非常一致的。

  亨德里克-斯普瑞特体解释,磁星的磁场变化最终将归结于物质的变化上。在星云演变成恒星的初期,许多初始条件对磁场的形成和保持非常有利。在这种情况下,初期的磁力线便会被汇集到发展的恒星的内核中心区域,最终形成‘磁星’所特有的磁场特征。”

  对于为什么某些“磁星”会拥有强大得难以致信的磁场,亨德里克-斯普瑞特的解释是:“随着恒星的发展演变,整个恒星星体会收缩得越来越小,同时由于其仍然保留着绝大部分的物质,其外层磁场势必会变得越来越强。如果我们将一个普通的条形磁体挤压成只有其线形尺寸的一半,此时磁体周围的磁场强度就会增强四分之一。如果是白矮星,其体积就比最普通的太阳要小100多倍;而衰老得更厉害的中子星,如果它含有类似太阳那么多的物质,其体积则已经坍缩到只有一个城市般大小。此时,这些恒星外围的磁场强度就可想而知了。”(雅秋)



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