非局部对流的星震学研究

Convection is one of the two most important ways of energy transport in stars, and also the dominant mechanism of mixing. It has important effects on stellar structure, evolution and oscillations. Convection in stars is nonlocal, time-dependent turbulence, which cannot be correctly depicted by the local mixing-length theory. In this project, we will study stellar convection and overshooting using a nonlocal statistical convection theory. Moreover, we will carry out asteroseismic analyses to test our models. As the new leading edge of stellar physics, asteroseismology allows us to study stellar structure in unprecedented detail. We plan to choose a group of observed stars to build stellar models on and compute their frequencies. By comparing the observed and computed frequencies, we can test the convection theory. Furthermore, we can study the mixing and energy transport in stars by means of asteroseismology.

对流是恒星内部主要的能量传输方式之一，也是最重要的物质混合机制，它对于恒星的结构，演化和振动都有非常重要的影响。恒星对流是一种非局部非定常的湍流运动，传统的局部混合长理论无法给其以准确的描述。本项目将利用非局部的湍流统计理论来对恒星对流以及对流超射等非局部现象进行研究，以得到更加准确的恒星内部结构模型，并进一步利用星震学来对理论模型进行检验。近年来快速发展的星震学成为恒星物理研究的前沿，各种地面观测和空间项目积累了大量的观测资料，使得我们可以利用恒星振动来对恒星的内部结构进行细致的研究。我们将对得到的恒星理论模型进行振动计算，通过和观测的振动频率进行对比来检验对流理论，并结合星震学方法对恒星内部的物质扩散和能量传输等物理过程进行研究，这将有助于我们更加深入地了解对流对于恒星结构和振动的影响。

近些年，在新的空间和地面观测项目的推动下，星震学得到了快速的发展。大量新的观测数据和结果对于已有的恒星理论提出了新的问题和挑战。解决这些问题的一个关键就是恒星对流理论及其在变星（尤其是低温变星）的振动激发中的作用。我们基于湍流统计理论，发展了一套计算恒星包层模型和非绝热振动的方案，仔细讨论了对流的各种效应对于恒星振动的激发和阻尼作用。将这一方法应用于A-F型主序变星的研究，我们得到了δ Scuti和γ Doradus变星的不稳定带在赫罗图上的位置，解释了混合型变星的广泛分布。这些结论与Kepler卫星得到的最新空间观测结果相符。将这一方法应用于高光度红巨星的研究，我们证认了大麦哲伦云中红变星在周期光度图上的振动序列。我们的理论研究发现，对流和脉动的耦合对于低温恒星振动的激发和阻尼有重要的作用。其中湍流压一般起激发恒星振动的作用，而湍动热对流则是振动的阻尼机制。