大样本红团簇巨星的类太阳星振研究

The frequencies of solar-like oscillations of thousands of red-clump stars were obtained from the observations of CoRoT and Kepler satellites, which has opened up a new research field: ensemble asteroseismology. The frequencies of solar-like oscillations are dependent on the internal structures of stars, and their rich information content means that the fundamental properties of stellar populations (e.g., mass, radius, and age) can be determined to levels that are difficult to achieve by other methods. The internal structure and dynamics also can be investigated by ensemble asteroseismology. It has become clear that the observational constraints of solar-like oscillations in a large sample red giant stars, especially red-clump stars, will allow novel approaches in the study of so far poorly constrained galactic stellar populations. By combining the calculations of stellar evolutions of a large sample stars, stellar population synthesis method and asteroseismology, we will study the properties of red-clump population. It has been identified that the dominant peak in the νmax and Δν distributions result from low-mass red-clump stars. However, the complicated shoulder, secondary peak, and deficit structure can not be explained by current studies. Through the studies of this program, we will obtain the fine structures of νmax and Δν of red-clump population， explanations for the shoulder, secondary peak, and deficit structure, and a method to distinguish red-clump stars from RGB stars in asteroseismic observations. And then the stellar evolution theory and stellar population synthesis will be tested by using the distributions of νmax and Δν. This program will aid in understanding the stellar evolutions after He-flash and properties of red-clump populations of galaxies.

CoRoT和Kepler卫星已经观测到了数千颗红团簇巨星的类太阳星振，开启了大样本星振研究的大门。类太阳星振的频率依赖于恒星的内部结构，包含着丰富的恒星演化信息。大样本星振研究可以在其它方法难以实现的程度上获得星族的基本性质(质量、半径和年龄)和内部结构等。这为我们研究缺乏观测限制的星系星族提供了一种全新而又可靠的观测限制和研究方法。本项目将通过结合大样本恒星演化计算、星族合成和星振学来研究红团巨星星族的星振性质。目前的研究只能解释最大功率频率νmax和大频率间隔Δν分布中的主峰，无法解释更复杂的肩结构、第二红团巨星峰和亏缺等。通过本项目的研究，我们将获得大样本红团巨星的νmax和Δν的理论分布的精细结构，给出肩结构、第二红团巨星峰和亏缺等的解释；给出星振观测区分红团巨星和RGB星的方法。这一研究将有助于我们认识和理解氦闪之后的恒星演化问题和星系的红团巨星星族性质等。

恒星形成理论认为星团是由简单单一星族构成的。它们在颜色星等图上有一个单一的主序拐点。哈勃望远镜观测发现麦哲伦云中的星团在颜色星等图上有一个明显扩展的主序拐点。其中一种解释认为这些星团由不同年龄的星族构成。这违反了我们对星团的基本认识和基本概念。传统的恒星演化不考虑恒星转动。我们考虑恒星转动后发现：在主序恒星演化早期，转动的离心力会导致恒星变红变暗，但在主序恒星演化晚期，转动混合效应会导致恒星变蓝变亮。这种转动效应表现在星团的颜色星等图上就是星团的主序拐点扩展。因此，我们的转动演化模型很好地解释了哈勃望远镜观测到的星团主序拐点扩展现象。我们的模型还预测了主序拐点扩展在大约1.7G年处有一个峰值，这种扩展和星团年龄相关，恒星转动效应不足以导致年青星团主序拐点扩展。我们的这三个理论预测得到了国际同行观测的一一验证。. 开普勒望远镜观测到了大量恒星的类太阳振动。我们通过理论研究，获得了确定刚好到达恒星对流核边界的声波频率的原理和方法。通过确定这一频率的大小，我们就能像蝙蝠利用回波定位前面的物体离自己有多远那样确定恒星对流核离恒星表面有多远。利用这一原理，我们实现了直接观测确定恒星对流核的大小。通过确定恒星对流核大小，我们又发现恒星对流核超射有大有小，并在国际上第一个通过星振学研究发现恒星中存在大对流超射。. 对流核超射能把恒星外壳的氢带到中心燃烧。这样会延长恒星氢燃烧的生命。对流超射大小不同，主序恒星生命被延长的长短也就不同。利用恒星对流核超射大小不同的星振学结果，我们很好的解释了转动恒星演化模型不能解释的年青星团主序拐点扩展，同时也能解释中等年龄星团主序拐点扩展。此外，我们还利用转动和超射效应很好地解释了困扰天体物理学家十余年的太阳模型问题。我们的动力学太阳模型能很好地在新金属丰度下再现出中微子观测和日震学反演结果。