陀螺計時學（Gyrochronology）是一種根據旋轉來估算恆星年齡的技術，它已經從星團恆星擴展到了位置偏遠的恆星，揭示了一致的老化模式，擴大了恆星年齡測定的範圍。

波茨坦萊布尼茲天體物理研究所（AIP）和波士頓大學的科學家們成功地在星團內恆星和星團外恆星（即場恆星）的自轉速率之間建立了聯繫，從而可以推導出後者的年齡。研究結果表明，陀螺年代學方法不僅可以應用於星團中的恆星，也可以很好地應用於場恆星，從而可以確定更多恆星的年齡。

一顆恆星有多老？這是一個棘手的問題，對於居住在星團中的恆星來說，這個問題更容易回答。這是因為星團中的所有恆星–無論大小–都有相同的起源，因此年齡也相同。透過研究星團中恆星的集體特性及其當前的演化階段，可以很好地估算出它們的年齡。

研究人員目前正在探索陀螺年輪學這一新領域，它可以確定單顆恆星的年齡。它在恆星的旋轉和顏色以及年齡之間建立了一種關係。

透過觀察恆星的亮度可以確定恆星繞軸旋轉的週期：許多恆星表面都有黑點，就像太陽的黑子一樣。當恆星旋轉時，星斑會移動到觀測者的視野中，恆星的亮度就會下降一小部分。

透過測量恆星光強度中的這些小點，以及當它們重複出現時，例如利用開普勒衛星的數據，就可以測量恆星的自轉週期。

在這張普勒望遠鏡拍攝的全幅影像合成圖中，樣本中一些寬雙星的位置以黃色和紅色重疊繪製。紅點表示被發現具有太陽年齡的系統。圖中放大了其中四個系統，屬於寬雙星的兩顆恆星被包圍在其中。黃點表示其他年齡的系統–但現在已經知道。資料來源：AIP/ David Gruner, NASA (Kepler FFI) & ESO (放大)

星團中的旋轉演變

對星團中低質量矮星的研究表明，隨著年齡的增長，恆星的旋轉速度會越來越慢。將星團中恆星的自轉週期與它們在星圖中的顏色相對照，就會發現一種特有的模式：星團中的恆星形成的曲線共同定義了一個自轉演化的骨架，骨架的每一條肋骨都對應著一個特定年齡的星團，年齡較大的星團則依序定義了較高的肋骨。每條肋骨都是一條年齡相等的曲線。透過在圖中繪製星團恆星，可以利用這些線條來推導出它的年齡。不過，由於這種方法是在星團的基礎上發展起來的，所以直到現在還不清楚這種測定年齡的方法是否也適用於星團之外的恆星，而我們銀河系的恆星絕大多數都是這些恆星。

將計算方法應用於星團外恆星

這正是最近的研究成果的用武之地。作者使用了300 多顆寬雙星樣本。這是由兩顆恆星組成的系統，它們相互繞著對方運行，彼此距離足夠遠，沒有相互作用，因此不會幹擾其正常的旋轉演化。寬雙星是場恆星，但它們的共同起源允許一種也用於星團恆星的假設–它們的年齡相同。這意味著，如果場恆星的演化過程實際上與星團恆星相同，那麼如果將寬雙星中的兩顆恆星放在星團骨架上，它們就會呈現一致的圖像。換句話說，如果寬雙星中的一顆恆星位於某個星團的旋轉肋上，那麼另一顆恆星是否也位於同一旋轉肋上？這項研究的作者發現，情況確實如此。

事實上，作者發現，他們可以將所研究的雙星分成一系列子群，每個子群都與相應年齡的星團相關聯。這項研究的第一作者、AIP 恆星活動小組的博士生大衛-格魯納（David Gruner）說：「當我們開始將所有寬雙星系統與星團骨架進行比較時，我們驚訝地發現它們是如此地協調。即使是質量非常不同的恆星系統，它們在圖中的位置也顯示出了顯著的一致性，以至於它們與星團幾乎沒有區別。”

因此，可以推測位於星團肋骨集合之上的少數恆星比迄今測量的星團要古老。此外，作者還表明，在所研究的絕大多數系統中，一個成分的旋轉年齡與另一個成分的旋轉年齡相吻合。由於寬雙星樣本在天空中的分佈和其他恆星特性（如金屬含量）方面都非常多樣化，因此該結果意味著陀螺年代學很可能可以可靠地用於星團外恆星。

對未來研究的影響

AIP 恆星活動小組負責人Sydney Barnes 博士補充說：「這項工作在一定程度上保證了今後可以從旋轉速率中獲得更多場恆星的可靠年齡。這項成果對PLATO 衛星任務具有重要意義，該任務的目標不僅是發現大量的行星所在恆星，而且還要提供它們的年齡，使人們能夠首次窺見系外行星的演化歷史。”

編譯來源：ScitechDaily