年轻的红矮星发出的超级耀斑危及行星

“危险品”一词描述的是对环境、甚至对生命本身构成威胁的物质。想象一下这个术语被应用到整个行星上,在那里,来自主星的猛烈耀斑可能通过影响它们的大气层而使世界变得不适合居住。

美国国家航空和宇宙航行局的哈勃太空望远镜正在通过一个名为“危险地带”的大型项目来观测这类恒星。

“M矮星”是一颗红矮星的天文学术语,红矮星是银河系中最小、最丰富、寿命最长的恒星。HAZMAT计划是对三个不同年龄的红矮星进行紫外线调查:年轻的、中等的和年老的。

年轻的红矮星爆发出猛烈的炽热气体,可能会使初生行星上的环境变得无法居住。在这幅艺术家的作品中,一个活跃的年轻红矮星(右)正在从一个轨道行星(左)上剥离大气层。科学家们发现,他们调查的最年轻的红矮星——大约有4000万年的历史——发出的耀斑比恒星年龄大的时候多100到1000倍。他们还发现了在紫外光下观测到的最强烈的恒星耀斑之一——比我们的太阳记录到的最强烈的耀斑能量更大。

与类日恒星相比,红矮星发出的恒星耀斑在紫外线波长上特别亮。哈勃的紫外感光度使它对观测这些耀斑非常有价值。这些耀斑据信是由强烈的磁场驱动的,磁场被恒星大气的旋转运动所纠缠。当缠结变得太强烈时,能量场就会断裂并重新连接,释放出大量的能量。

研究小组发现,他们所调查的最年轻的红矮星发出的耀斑——大约有4000万年的历史——比年龄较大的恒星发出的耀斑能量大100到1000倍。当类地行星围绕着它们的恒星形成的时候,这个年龄更小。

银河系中大约有四分之三的恒星是红矮星。银河系的大多数“宜居带”行星——围绕恒星运行的行星的温度适中,足以让液态水存在于其表面——很可能围绕红矮星运行。事实上,离我们的太阳最近的恒星是一颗名为比邻星的红矮星,它的宜居带中有一颗地球大小的行星。

然而,年轻的红矮星是活跃的恒星,它们产生的紫外线耀斑释放出的能量如此之大,以至于它们可能会影响大气化学,并可能剥夺这些初生行星的大气层。

“危险物质项目的目标是帮助了解低质量恒星周围行星的宜居性,”亚利桑那州立大学的Evgenya Shkolnik解释说,他是该项目的首席研究员。“这些低质量的恒星在理解行星大气方面至关重要。”

哈勃计划的第一部分的结果发表在《天体物理学杂志》上。这项研究调查了12颗年轻红矮星的耀斑频率。亚利桑那州立大学的帕克·罗伊德是这篇论文的第一作者,他说:“获得这些年轻恒星的数据尤其重要,因为它们耀斑活动的差异相对于较老的恒星来说相当大。”

该观测程序探测到在紫外光下观测到的最强烈的恒星耀斑之一。这一事件被称为“哈兹耀斑”,它比我们的太阳有史以来最强大的耀斑能量更大。

洛伊德说:“有了太阳,我们有一百年的观测记录。”“在这段时间里,我们看到了一个,也许是两个,具有接近哈兹耀斑能量的耀斑。在哈勃对这些年轻恒星的一天观测中,我们观测到了哈兹耀斑,这意味着我们每天都在观测超级耀斑,甚至一天几次。

如此频率和强度的超级耀斑会使年轻的行星沐浴在如此多的紫外线辐射中,从而永远注定无法居住吗?洛伊德说:“我们观察到的耀斑有能力将大气层从行星上剥离。但这并不一定意味着地球上生命的末日和黑暗。生活可能和我们想象的不一样。或者可能有其他的过程可以补充地球的大气层。这当然是一个恶劣的环境,但我不愿说这是一个贫瘠的环境。

危险品研究的下一部分将研究6.5亿年的中老年红矮星。然后将最古老的红矮星与年轻恒星和中间恒星进行分析和比较,以了解这些低质量恒星周围低质量行星的紫外辐射环境的演化。

哈勃太空望远镜是NASA和ESA(欧洲航天局)之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃的科学操作。STScI是由华盛顿大学天文学研究协会为美国国家航空航天局(NASA)运作的


Ann Jenkins / Ray Villard  
太空望远镜科学研究所,马里兰州巴尔的摩  
410-338-4488 / 410-338-4514  
jenkins@stsci.edu  /  villard@stsci.edu

Evgenya Shkolnik  
Arizona State University,Tempe,Arizona  
808-292-9088  
shkolnik@asu.edu

Parke Loyd  
Arizona State University,Tempe,Arizona  
parke@asu.edu

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