«Крутые» звезды не могут быть такими уникальными

Новое моделирование, проведенное учеными Райс, показывает, что «холодные» звезды, такие как Солнце, обладают динамическим поведением поверхности, которое влияет на их энергетическую и магнитную среду.

Ученые из Университета Райса показали, что «холодные» звезды, такие как Солнце, разделяют динамическое поведение поверхности, которое влияет на их энергетическую и магнитную среду. Звездная магнитная активность является ключом к тому, может ли данная звезда содержать планеты, поддерживающие жизнь. Предоставлено: НАСА.

Эта звездная магнитная активность является ключом к тому, есть ли у данной звезды планеты, способные поддерживать жизнь.

Работа постдокторанта Райс Элисон Фарриш и астрофизиков Дэвида Александра и Кристофера Джонса-Крулла опубликована в учиться в Астрофизический журнал. Исследование связывает вращение холодных звезд с поведением их поверхностного магнитного потока, который, в свою очередь, определяет светимость коронального рентгеновского излучения звезды, что может помочь предсказать, как магнитная активность влияет на любые экзопланеты в их системах.

Исследование следует за другим исследованием под руководством Фарриша и Александра, показавшего, что космическая «погода» звезды может сделать планеты в их «зоне Златовласки» необитаемыми.

«Все звезды в течение своей жизни вращаются вниз по мере того, как они теряют угловой момент, и в результате они становятся менее активными», — сказал Фарриш. «Мы думаем, что в прошлом Солнце было более активным, и это могло повлиять на ранний химический состав атмосферы Земли. Поэтому размышления о том, как повышенные выбросы энергии от звезд меняются в течение длительного времени, очень важно для исследований экзопланет ».

«В более широком смысле мы берем модели, разработанные для Солнца, и смотрим, насколько хорошо они адаптируются к звездам», — сказал Джонс-Крулл.

Исследователи решили смоделировать, на что похожи далекие звезды, на основе имеющихся ограниченных данных. Были определены спин и поток некоторых звезд, а также их классификация (типы F, G, K и M), которая дала информацию об их размерах и температурах.

Они сравнили свойства Солнца, звезды G-типа, через его число Россби, меру звездной активности, которая объединяет скорость его вращения с подповерхностными потоками жидкости, которые влияют на распределение магнитного потока на поверхности звезды, с тем, что они знал о других крутых звездах. Их модели предполагают, что «космическая погода» каждой звезды работает во многом одинаково, влияя на условия на соответствующих планетах.

«Исследование предполагает, что звезды — по крайней мере, холодные — не слишком отличаются друг от друга», — сказал Александр. «С нашей точки зрения, модель Элисон может быть применена без страха или предпочтения, когда мы смотрим на экзопланеты вокруг звезд M, F или K, а также, конечно, как и другие звезды G.

«Это также предполагает нечто гораздо более интересное для устоявшейся звездной физики, а именно, что процесс, с помощью которого создается магнитное поле, может быть очень похожим во всех холодных звездах. Это немного удивительно, — сказал он. Сюда могут входить звезды, которые, в отличие от Солнца, конвективны вплоть до своих ядер.

«Все звезды, подобные Солнцу, объединяют водород и гелий в своих ядрах, и эта энергия сначала переносится излучением фотонов к поверхности», — сказал Джонс-Крулл. «Но он попадает в зону от 60% до 70% пути, которая слишком непрозрачна, поэтому начинает подвергаться конвекции. Горячее вещество движется снизу, энергия излучается, а более холодное вещество падает обратно.

«Но звезды с массой менее трети Солнца не имеют радиационной зоны; они везде конвективны », — сказал он. «Многие идеи о том, как звезды генерируют магнитное поле, основаны на существовании границы между радиационной и конвекционной зонами, поэтому можно ожидать, что звезды, у которых нет этой границы, будут вести себя по-другому. В этой статье показано, что во многих отношениях они ведут себя так же, как солнце, если вы приспосабливаетесь к их собственным особенностям ».

Фарриш, которая недавно получила докторскую степень в Райс и вскоре приступит к постдокторской исследовательской работе в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА, отметила, что модель применима только к ненасыщенным звездам.

«Самые магнитоактивные звезды — это те, которые мы называем« насыщенными », — сказал Фарриш. «В определенный момент увеличение магнитной активности перестает показывать связанное с этим увеличение высокоэнергетического рентгеновского излучения. Причина, по которой большее количество магнетизма на поверхности звезды не дает больше излучения, все еще остается загадкой.

«И наоборот, Солнце находится в ненасыщенном режиме, где мы действительно видим корреляцию между магнитной активностью и энергетическим излучением», — сказала она. «Это происходит при более умеренном уровне активности, и эти звезды представляют интерес, потому что они могут обеспечить более благоприятную среду для планет».

«Суть в том, что наблюдения, которые охватывают четыре спектральных класса, включая как полностью, так и частично конвективные звезды, могут быть достаточно хорошо представлены моделью, созданной на основе Солнца», — сказал Александр. «Это также подтверждает идею о том, что даже если звезда, которая в 30 раз активнее Солнца, может не быть звездой G-класса, это все же отражено в анализе, проведенном Элисон».

«Мы должны четко понимать, что мы не моделируем какую-либо конкретную звезду или систему», — сказал он. «Мы говорим, что статистически магнитное поведение типичной М-звезды с типичным числом Россби ведет себя аналогично поведению Солнца, что позволяет нам оценить его потенциальное влияние на его планеты».

Критический дикая карта — это цикл активности звезды, который не может быть включен в модели без многолетних наблюдений. (Цикл Солнца составляет 11 лет, о чем свидетельствует активность солнечных пятен, когда силовые линии его магнитного поля наиболее искажены.)

Джонс-Крулл сказал, что эта модель по-прежнему будет полезна во многих отношениях. «Одна из областей моих интересов — изучение очень молодых звезд, многие из которых, как и звезды с малой массой, полностью конвективны», — сказал он. «Многие из них имеют дисковый материал вокруг себя и все еще образуют планеты. Мы думаем, что их взаимодействие определяется магнитным полем звезды.

«Итак, моделирование Элисон может быть использовано для изучения крупномасштабной структуры очень магнитно активных звезд, и это может затем позволить нам проверить некоторые идеи о том, как эти молодые звезды и их диски взаимодействуют».

Миньцзин Ли, приглашенный студент из Китайского университета науки и технологий, является соавтором статьи. Александр — профессор физики и астрономии и директор Космического института Райса. Джонс-Крулл — профессор физики и астрономии.