Звезды могут быть не такими уникальными

По мнению исследователей из Университета Райса, звезды, разбросанные по космосу, выглядят по-разному, но больше похожи, чем считалось ранее.

Новое моделирование, проведенное учеными Райс, показывает, что «холодные» звезды, такие как Солнце, обладают динамическим поведением поверхности, которое влияет на их энергетическую и магнитную среду. Эта звездная магнитная активность является ключом к тому, есть ли у данной звезды планеты, способные поддерживать жизнь.

Работа Элисон Фарриш, Дэвида Александра и Кристофера Джонс-Круллов опубликована в The Astrophysical Journal. Исследование связывает вращение холодных звезд с поведением их поверхностного магнитного потока, который определяет рентгеновскую светимость звезды в короне, что может помочь предсказать, как магнитная активность влияет на любые экзопланеты в их системах.

Исследование следует за другим исследованием, проведенным Фарришем и Александром, которое показало, что космическая «погода» звезды может сделать планеты в их «зоне обитаемости» непригодными для жизни.

«Все звезды в течение своей жизни вращаются вниз, поскольку 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 более высокие энергетические выбросы 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 вращение 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 же, как и на другие звезды G.

«Это также предполагает нечто гораздо более интересное: процесс, с помощью которого создается магнитное поле, может быть очень похожим у всех холодных звезд. Это немного удивительно», - сказал он. Сюда могут входить звезды, которые, в отличие от Солнца, конвективны вплоть до ядра.

«Все звезды, похожие на Солнце, объединяют водород и гелий в 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 темная, поэтому начинает подвергаться конвекции. Горячее вещество движется снизу, энергия излучается прочь, а более холодное вещество падает обратно вниз».

«Звезды с массой менее трети солнечной не имеют радиационной зоны; они везде конвективны», - сказал он. «Многие идеи о том, как звезды генерируют магнитное поле, основываются на существовании границы между радиационной и конвекционной зонами, поэтому можно ожидать, что звезды, у которых нет этой границы, будут вести себя по-разному. Эта статья показывает, что во многих отношениях, они ведут себя точно так же, как Солнце, если приспособиться к их особенностям».

«Самые магнитоактивные звезды - это те, которые мы называем «насыщенными», сказала Фарриш. «В определенный момент увеличение магнитной активности перестает показывать связанное с этим увеличение высокоэнергетического рентгеновского излучения. Причина, по которой сброс большего количества магнетизма на поверхность звезды не дает большего 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 равно отражено в анализе, проведенном Элисон».

«Нужно 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 оценить его потенциальное влияние на планеты».

Джонс-Крулл сказал, что эта модель 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 окружены дисковым материалом, и они все еще формируют планеты. Мы думаем, что их взаимодействие определяется звездным магнитным полем».

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