近日，中国科学院云南天文台恒星物理研究团队在大质量恒星演化理论研究领域取得重要突破。该团队针对一类特殊的大质量恒星——沃尔夫-拉叶星（Wolf-Rayet star，简称WR星）的角动量转移机制进行了模型模拟，成功将传统用于中小质量恒星的理论模型拓展至大质量恒星领域，为理解恒星内部结构演化提供了新的理论支撑。

初始质量较低的大质量恒星（8M_⊙<M_*<70M_⊙），经过主序阶段后会经历剧烈的物质抛射过程，失去大量富氢包层，暴露出内部的氦核。当恒星进入红超巨星阶段后，表面氢包层完全损失，出现碳、氮、氧等内部核合成产物，且表面温度超过10000K时，即进入WR星阶段。理论预测这类恒星通常具有旋转缓慢的特点。

理论上认为，恒星演化至主序结束时，核心收缩导致自转加快，而外包层膨胀则使自转减慢。当恒星经历红超巨星阶段并抛射大量表面富氢物质时，某种机制将核心收缩产生的角动量向外包层转移，并使其随表面物质损失而被带走，最终留下一个旋转缓慢的氦核，即形成旋转缓慢的WR星。

长期以来，学者主要借助流体动力学过程、磁发电机（即Tayler 不稳定性）、重力内波等机制来解释恒星内部的角动量转移，但这些模型多基于中小质量恒星建立，缺乏对大质量恒星的系统验证。

云南天文台研究团队将两类经过修正的角动量转移模型——基于k-omega模型优化的重力内波模型，以及考虑磁能耗散修正的磁发电机模型——应用于大质量WR星的演化模拟中。

通过类比中小质量恒星中由对流包层下边界激发重力波并混合物质的物理过程，团队将其拓展至大质量恒星的红超巨星阶段，系统研究了来自对流包层与对流核边界激发的重力波在角动量再分布中的作用。研究发现，在重力内波作用下，大质量恒星内部角动量传输效果更加显著。并通过设定70km/s作为“缓慢旋转”速度的上限，进一步约束了模型中自由参数A的量级(A>10)。

图1 ：大质量恒星模型在核心氦燃烧阶段表面速度的演化。不同曲线表示在对流包层底部激发的重力内波强度的差异，由参数A控制。颜色代表表面氮丰度；蓝色与灰色阴影区域分别对应WNL 和 WNE 阶段。氢完全剥离后的演化轨迹以粉色点划线显示。

图2 ：60M_⊙ 模型（A = 10）在中心氦燃烧阶段不同时刻由重力内波引起的粘度扩散系数分布。蓝色与红色曲线分别表示在对流核边界激发的重力内波与在对流包层底部激发的重力内波所贡献的扩散系数。虚线表示来自其他过程（主要以对流为主）的背景扩散，作为对流边界处的参考基线。中间与右图对应的时刻，由于对流包层已减弱或消失，重力内波强度已经极弱。

此外，团队还将修正后的磁发电机模型用于大质量恒星研究，将自由参数α的合理量级约束在约10^-2，该数值与低质量恒星的研究结果相比相对更低，这是由于依赖于自由参数α的剪切因子q与α反比，q越小越容易激发泰勒不稳定性从而有效的角动量转移，故较大的α会导致恒星完全制动，较小α则不足以产生足够的角动量转移效率。

图3：大质量恒星核心氦燃烧阶段表面转速的演化——基于磁发电机模型的角动量转移模拟。

图4 ：基于磁发电机模型下比角动量随恒星质量的分布和随演化阶段的变化。

研究结果表明，用于低质量恒星的角动量转移机制同样可拓展至大质量恒星。该工作由博士研究生思霁娟在其导师李焱研究员指导下与团队成员共同完成。本研究获得了国家自然科学基金委基础科学中心项目、重点项目及云南省基础研究计划项目等项目的资助。相关成果已发表于国际天体物理学期刊The Astrophysical Journal。

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