近半世紀以來，天文學家一直相信，像我們的太陽這樣的恆星在老化過程中會改變其自轉方式。根據這個理論，當這類恆星變老且自轉變慢時，它們的自轉模式會翻轉，導致其極區自轉速度快於赤道區。然而，來自日本名古屋大學的最新研究表明，這一長久以來的觀點可能是錯誤的。研究團隊進行了有史以來最詳細的恆星內部模擬，他們發現，像太陽一樣的恆星在其整個生命週期中可能保持相同的自轉模式。
這項模擬幾乎完美再現了太陽的觀測自轉模式。名古屋大學的副教授八田佳樹表示，當將模擬應用於自轉較慢的恆星時，它同樣符合天文觀測，並未出現反向自轉的現象。即使在恆星變得非常緩慢的情況下，赤道的自轉速度仍然快於極區。這些發現顯示，恆星內部的磁場在塑造恆星行為方面發揮了比早期模型所建議的更大作用。
與地球這種剛性自轉的天體不同，恆星由極高溫的流動氣體組成，這意味著恆星的不同部分可以以不同的速度自轉，這一現象稱為差異自轉。例如，在我們的太陽中，赤道大約需要 25 天完成一次自轉，而極區則需要約 35 天。科學家們長期以來一直認為，隨著恆星的老化，這種模式最終會改變，主要是因為恆星在數十億年內逐漸失去自轉速度。
早期的理論研究指出，較慢的自轉會改變恆星內部深處氣體的運動，這些內部流動預期會重組，使得極區的自轉速度快於赤道，這稱為反向差異自轉。然而，天文學家從未清楚觀察到這樣的恆星。預測的自轉模式出現在計算機模型中，但實際觀測並未確認。
為了調查這一不一致性，研究人員轉向強大的數值模擬。團隊利用磁流體動力學模擬構建了極其詳細的太陽型恆星內部模型，這些模擬同時計算熱等離子體的運動和磁場的行為。這項計算是在世界上最強大的超級計算機之一Fugaku上進行的，模擬極為詳細。每顆模擬的恆星被劃分為大約 54 億個網格點，使科學家能夠追蹤恆星內部細微的湍流運動和磁結構。
這一細節水平至關重要。早期的模擬使用的網格點數量較少，導致計算過程中磁場的強度被人為削弱。由於這一限制，早期研究低估了磁場在塑造恆星自轉中的重要性。當新的高解析度模擬運行時，磁場保持強大且穩定。結果顯示，磁力與湍流氣體運動共同作用，使得赤道的自轉速度始終快於極區，即使在恆星自轉速度非常緩慢的情況下。
研究的主要負責人之一、名古屋大學的教授堀田英幸指出，這表明這兩個過程，湍流和磁場，能夠使赤道在整個恆星生命週期中都保持快於極區的自轉速度，而不僅僅是在恆星年輕時。新的模型同樣以驚人的準確性再現了太陽觀測到的自轉模式。當研究人員將同樣的模擬應用於比太陽自轉更慢的恆星時，自轉模式依然未發生翻轉，仍然保持類似太陽的特徵。
這為為何天文學家在實際恆星中難以找到反向自轉證據提供了可能的解釋。模擬還揭示了另一個趨勢：隨著恆星的老化，其磁場穩定減弱。早期理論認為當自轉模式反轉時，磁場可能重新變強，但新的結果顯示並沒有這種復甦的現象。研究作者指出，「我們的結果顯示，磁場在恆星生命週期中單調減少。」
如果這些發現得以確認，將顯著改變天文學家對恆星生命週期的理解。恆星自轉影響許多過程，包括磁活動和高能粒子的釋放。對這些過程的更好理解還可能改善對恆星環境如何影響其周圍行星的預測，尤其是這些行星在數十億年內是否仍然適合生命。同時，新的結果是基於模擬而非直接測量，觀測遙遠恆星的內部自轉仍然極具挑戰性。未來的研究將可能通過改進的天文觀測來驗證這些預測。這項研究已發表在《Nature Astronomy》期刊上。
