山西大學在星震學領域取得重要進展

近日，山西大學理論物理研究所講師牛家樹及其合作者太原師范學院物理系講師薛會芳共同在國際天文學期刊Astrophysical Journal Letters上以快報形式發表了題為“A Rapidly Evolving High-amplitude δ Scuti Star Crossing the Hertzsprung Gap”的研究成果。該研究成果被審稿人評價為是“非常重要”且“極端新穎”的，并且一經發表就受到了業界的廣泛關注。

由于恒星演化和人類文明在時間尺度上的巨大鴻溝，除了像超新星爆發這類恒星演化中的特殊節點，人類在絕大多數時候都無法目睹恒星演化產生的效應。然而，在恒星演化的某些特殊階段，我們將有可能目睹其演化過程。當一顆恒星離開主序，其內部的氫核將逐漸變成氦核，而發生的氫核聚變將轉移到殼層中。在赫羅圖上，這種演化階段的恒星將快速穿過所謂“赫氏縫隙”，這個階段也成為恒星一生當中演化最快的階段之一。

在該項研究中，牛家樹與薛會芳通過對來自開普勒空間望遠鏡對大振幅盾牌座delta型變星KIC 6382916長達4年測光數據的分析，證認出了其3個獨立的脈動模式。借助這3個獨立脈動模式的頻率，他們確定了KIC 6382916擁有一個氦核和燃燒的氫殼層，并且正在快速演化通過所謂的“赫氏縫隙”。而通過對這3個獨立脈動模式及其20個組合脈動模式在振幅和相位空間相互作用的整體分析發現，前兩個脈動模式屬于徑向的p模式，而第三個脈動模式屬于一種新的脈動模式。他們把這種新的脈動模式命名為“共振融合模式”，其是由一個徑向的p模式和一個非徑向的混合模式（p-g混合，g模式主導）通過共振融合產生的。而前述的第三個獨立脈動模式即為一個“共振融合模式”的非徑向分量部分。更加有趣的是，隨著恒星的演化，這個“共振融合模式”的共振會越來越強，進而表現為這種脈動模式的振幅會越來越大。這造成了上述第三個獨立脈動模式的振幅在4年的時間內增長了28%，使KIC 6382916成為了一顆在人類短暫的生命周期內就能被目睹到快速演化的恒星。

在對該恒星各種獨立和組合的脈動模式進行整體分析時，牛家樹與薛會芳首次引入“相互作用圖譜”對該星的振幅和頻率變化進行了系統分類，為各類脈動變星脈動模式的分類和證認提供了新的方法，也為星震學未來的發展提供了一種有力的工具。同時，他們首次提出的“共振融合模式”，為相關類型變星脈動模式的頻率和振幅變化提供了一套理論框架。

The Astrophysical Journal由美國天文學會于1895年創辦，該雜志發表世界上最具原創性的天體物理前沿研究成果。牛家樹為這篇快報的獨立第一作者及通訊作者，薛會芳為唯一合作者。該項工作得到了國家自然科學基金青年項目、國家自然科學基金理論物理平臺項目，山西省應用基礎研究計劃項目和山西省高等學校科技創新項目的支持。