红巨星内部较差自转和频率分裂的研究

Asteroseismology is a powerful tool for directly probing the inner structure and evolutionary status of stars. It can be as well as used to precisely determine stellar fundamental parameters, such stellar mass, radius, and surface gravity. The pulsation of red giants characterizes solar-like oscillations like the main-sequence stars in oscillation power spectra on the whole. But, they are different from the oscillations of main-sequence stars. They are mixed modes which can penetrate into the stellar core. Their oscillation properties characterize as p-modes in p-mode cavity and as g-modes in g-cavity, respectively. These mixed modes can be therefore used to probe the inner structure and states of red giant stars. The degeneracy of oscillation mode will be broke and split as multi-modes, when star rotates. Therefore, the rotational splits of g- and p-dominated mixed mode can be used to constrain the rotation of the core and the envelope, respectively, in red giant stars. Combining the rotational splits of both g- and p-dominated mixed modes, the rotational curves and/or the differential rotations in red giant stars can be inversed. In this project, we will try to inverse the rotational curves of red giant stars and find the law of the differential rotation. It will support the possible directions for finding a new physical mechanism for the achievement of angular momentum transport in red giant stars.

星震学是目前为止为数不多能够直接探测恒星内部结构及其演化状态的研究方法和手段之一。同时能够精确确定恒星的基本参数，包括恒星质量、半径、表面重力加速度等。红巨星整体脉动功率谱表现为类太阳震荡。但不同于主序类太阳的是红巨星的脉动模式是能穿透到恒星中心的混合模。它们在恒星包层表现为p模式而在恒星中心表现为g模式。因此，通过对混合模的研究我们能够探知红巨星的整个内部结构。当恒星转动时，脉动频率将发生分裂。因此，通过g模式主导的混合模的频率分裂我们可以研究红巨星中心核的旋转情况。相应地，通过p模式主导的混合模的频率分裂我们可以研究红巨星包层的旋转。通过所有混合模的频率分裂我们可以反演出红巨星内部旋转曲线，研究红巨星内部较差自转。在本项目中，我们将反演红巨星的内部旋转曲线、寻找较差自转变化的规律。为探索新的角动量转移机制提供方向。

转动是恒星物理乃至物理界的基本物理问题，是目前制约恒星结构演化理论进一步发展的瓶颈问题。不管是单星还是双星，其结构、演化状态以及最后的演化结局都或多或少受到恒星旋转的影响。星震学是一门通过机械波在恒星内部传播来研究恒星内部结构的研究方法。它是目前为数不多能够直接探测恒星内部结构状态的研究手段和方法之一。旋转会破坏恒星的球对称性，对于旋转较慢的情况，在线性微扰理论分析下，非径向脉动频率的方向简并将被解除，恒星脉动频率出现分裂现象。一个频率分裂成多个频率，它们根据其脉动特性拥有不同的排列。对于旋转较快的情况，线性微扰理论不足以解释，此时需要考虑科里奥利力对振波的影响，这种一般用于Gamma Dor以及SPB等质量较大、旋转较快的中、大质量恒星。本项目通过星震学手段对恒星内部的旋转进行研究，旨在进一步了解旋转对恒星结构和演化的影响。.在该项目的资助下，我们对红巨星、Gamma Dor、SPB等进行星震学分析获得如下成果：通过星震学分析精确解析红巨星的内部结构，确定红巨星电子简并氦核的大小、氢壳层源位置、对流包层大小等；探索红巨星基本参数的确定、对行星系统进行高精度刻画；对红巨星内部旋转曲线进行反演，发现红巨星内部存在多个交叉层；精确确定SPB星的内部结构、以此探测大质量恒星中旋转对恒星演化的影响尤其是对恒星内部物质混合的影响，发现大质量恒星中旋转诱发的混合远远超出理论预言；通过对Gamma Dor变星的星震学分析，得出相同的结论；除此之外，我们还通过扩大理论模型计算形成一个星震学研究理论模型库的雏形，在不久将来这将彻底改变星震学的研究方式。我们能够大批量、高精度确定对脉动恒星进行高精度星震学分析，这些分析结果将快速延伸到其它研究领域，推动整个天体物理领域的发展。