山西大学在星震学领域取得重要进展

近日，山西大学理论物理研究所讲师牛家树及其合作者太原师范学院物理系讲师薛会芳共同在国际天文学期刊Astrophysical Journal Letters上以快报形式发表了题为“A Rapidly Evolving High-amplitude δ Scuti Star Crossing the Hertzsprung Gap”的研究成果。该研究成果被审稿人评价为是“非常重要”且“极端新颖”的，并且一经发表就受到了业界的广泛关注。

由于恒星演化和人类文明在时间尺度上的巨大鸿沟，除了像超新星爆发这类恒星演化中的特殊节点，人类在绝大多数时候都无法目睹恒星演化产生的效应。然而，在恒星演化的某些特殊阶段，我们将有可能目睹其演化过程。当一颗恒星离开主序，其内部的氢核将逐渐变成氦核，而发生的氢核聚变将转移到壳层中。在赫罗图上，这种演化阶段的恒星将快速穿过所谓“赫氏缝隙”，这个阶段也成为恒星一生当中演化最快的阶段之一。

在该项研究中，牛家树与薛会芳通过对来自开普勒空间望远镜对大振幅盾牌座delta型变星KIC 6382916长达4年测光数据的分析，证认出了其3个独立的脉动模式。借助这3个独立脉动模式的频率，他们确定了KIC 6382916拥有一个氦核和燃烧的氢壳层，并且正在快速演化通过所谓的“赫氏缝隙”。而通过对这3个独立脉动模式及其20个组合脉动模式在振幅和相位空间相互作用的整体分析发现，前两个脉动模式属于径向的p模式，而第三个脉动模式属于一种新的脉动模式。他们把这种新的脉动模式命名为“共振融合模式”，其是由一个径向的p模式和一个非径向的混合模式（p-g混合，g模式主导）通过共振融合产生的。而前述的第三个独立脉动模式即为一个“共振融合模式”的非径向分量部分。更加有趣的是，随着恒星的演化，这个“共振融合模式”的共振会越来越强，进而表现为这种脉动模式的振幅会越来越大。这造成了上述第三个独立脉动模式的振幅在4年的时间内增长了28%，使KIC 6382916成为了一颗在人类短暂的生命周期内就能被目睹到快速演化的恒星。

在对该恒星各种独立和组合的脉动模式进行整体分析时，牛家树与薛会芳首次引入“相互作用图谱”对该星的振幅和频率变化进行了系统分类，为各类脉动变星脉动模式的分类和证认提供了新的方法，也为星震学未来的发展提供了一种有力的工具。同时，他们首次提出的“共振融合模式”，为相关类型变星脉动模式的频率和振幅变化提供了一套理论框架。

The Astrophysical Journal由美国天文学会于1895年创办，该杂志发表世界上最具原创性的天体物理前沿研究成果。牛家树为这篇快报的独立第一作者及通讯作者，薛会芳为唯一合作者。该项工作得到了国家自然科学基金青年项目、国家自然科学基金理论物理平台项目，山西省应用基础研究计划项目和山西省高等学校科技创新项目的支持。