全新3D模拟显示，旋转有助于元素跨越红巨星内部的屏障。

超算模拟助力天文学家，解决了一个谜题，此谜题关乎红巨星，且持续了数十年。

研究人员称，恒星旋转属于缺失的一环，它对这些恒星深处的化学元素怎样在其老化进程中抵达表面作出了解释。多年以来，科学家们始终难以弄明白红巨星核心化学成分的改变与在其表面观测到的改变之间存在着何种关联。

存在着一个稳定的内部层，它充当着核燃烧核心与外部对流包层之间的屏障，元素如何跨越这一屏障，此前一直不清楚。

于一项新的研究里面，维多利亚大学天文学研究中心以及明尼苏达大学的研究工作人员借助高分辨率3D模拟去解决这一棘手难题。他们所得出的结论十分干脆：旋转发挥了决定性的作用。

“我们借助高分辨率3D模拟，从而能够判定这些恒星的旋转对于元素穿越屏障能力造成的影响，”身为首席研究员、同时也是维多利亚大学博士后研究员的西蒙·布卢安讲道。“恒星的旋转有着关键作用，其为在典型红巨星里观测到的化学特性给出了一种自然而然的解释。此项发现是朝着理解恒星演化进程又迈进的一步。”。

已知科学家们，当类似太阳的恒星，其核心区域的氢耗尽时，它们会急剧膨胀，进而成为红巨星，其体积膨胀到原有尺寸的100倍。自20世纪70年代以来，天文学家们在这一阶段观测到了表面化学性质的变化，其中包括碳 -12与碳 -13比率的下降。这些变化表明，恒星深处的物质以某种方式向外传输。直到现在，这种传输背后的物理机制才得以确认。

旋转打破内部屏障

在其中已被怀疑发挥了作用的内部重力波，是那种由外层对流包层的湍流运动予以产生的，这些波它能够穿透稳定性质的屏障层，不过早期的模拟表明它们仅仅只能传达非常少的物质，是这样的。

新模型表明，旋转显著增强了这些波的混合能力。

对于由对流包层的湍流运动所产生的内部波，我们一直都清楚它能够穿透这个屏障层，然而之前的模拟结果却表明，这些波所传输的物质数量极少。而当下我们能够证实，恒星的旋转动作显著地提升了这些波跨越屏障进而混合物质的效率，其程度刚好与观测到的表面成分变化相一致。

按照研究团队所讲，模拟恒星里的混合速率，比那些不旋转的恒星要高出一百倍还要多，并且，旋转的速度越快，其混合的能力也就越强。

这些发现能够提供洞察，是因为我们的太阳最终也会合情合理地演变成一颗红巨星，且着眼于其遥远的未来。

超级计算机解锁新物理学

这种获取是借助大量流体动力学模拟达成的，此流体在三维空间里的一种运动特性，该模拟能将其展现出来。运算数量的规模极大，直至最近才具备可行性状态。

虽然一直以来人们都觉得恒星旋转或许是解开这个难题的一部分，然而直到最近，有限的计算能力把我们定量检验这一假设给阻碍了，首席研究员、ARC主任法尔克·赫维希说道，这些模拟能让我们梳理出细微影响，进而确定实际发生的状况，还能帮助我们理解那些观测结果，同时他这样表示。

德克萨斯高级计算中心，以及多伦多大学SciNet团队新启用的Trillium超级计算集群的资源，被研究团队使用了。Trillium在2025年8月启动，它为完成模拟提供了所需的强大计算能力。

因为有了新Trillium机器，其具备强大计算能力，所以我们才能发现一个新的恒星混合过程，这是恒星对流模拟，也是内部重力波模拟，并且是迄今为止计算量最大的。

不只是在恒星演化这个范畴之内，这项研究当中所开发出来的计算技术，给到了协助研究人员的作用，能够对海洋进行模拟，能够对大气进行模拟，甚至还能够对血液循环里的复杂流动进行模拟。

该研究发表在《自然·天文学》杂志上。

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