|
Холодные звезды угрожают экзопланетным атмосферам
|
|
|
|
Используя современное численное моделирование, исследование, проведенное учеными из Института астрофизики Лейбница в Потсдаме (AIP), позволило получить первую систематическую характеристику свойств звездных ветров в выборке холодных звезд. Они обнаружили, что звезды с более сильными магнитными полями производят более сильные ветры. Эти ветры создают неблагоприятные условия для выживания планетарных атмосфер, тем самым влияя на возможную обитаемость этих систем. Солнце входит в число самых распространенных звезд во Вселенной, известных как «холодные звезды». Эти звезды делятся на четыре категории (F, G, K и M-тип), которые различаются по размеру, температуре и яркости. Солнце является довольно средней звездой и относится к категории G. Звезды ярче и крупнее Солнца относятся к категории F, а звезды K немного меньше и холоднее Солнца. Самые маленькие и самые слабые звезды — это М-звезды, также известные как «красные карлики» из-за цвета, в котором они излучают большую часть своего света.
|
|
|
|
Спутниковые наблюдения показали, что помимо света Солнце излучает постоянный поток частиц, известный как солнечный ветер. Эти ветры путешествуют по межпланетному пространству и взаимодействуют с планетами Солнечной системы, включая Землю. Красивое отображение полярных сияний вблизи северного и южного полюсов на самом деле является результатом этого взаимодействия. Однако эти ветры также могут быть вредными, поскольку они могут разрушить стабильную планетарную атмосферу, как это было на Марсе. Хотя многое известно о солнечном ветре — отчасти благодаря таким миссиям, как Solar Orbiter — этого нельзя сказать о других крутых звездах. Проблема в том, что мы не можем видеть эти звездные ветры напрямую, что ограничивает нас изучением их влияния на разреженный газ, заполняющий полость между звездами в галактике. Однако этот подход имеет ряд ограничений и применим только к нескольким звездам. Это мотивирует использование компьютерных симуляций и моделей для предсказания различных свойств звездных ветров, не требуя от астрономов наблюдения за ними.
|
|
|
В этом контексте доктор философии. студентка Джуди Чебли, ученый доктор Хулиан Д. Альварадо-Гомес и руководитель секции профессор Катя Поппенхэгер из секции звездной физики и экзопланет в AIP в сотрудничестве с Сесилией Гарраффо из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского института выполнили первую систематическое изучение свойств звездного ветра, ожидаемого для звезд F, G, K и M. С этой целью они использовали численное моделирование с использованием одной из самых сложных моделей, доступных в настоящее время, основанной на наблюдаемом крупномасштабном распределении магнитного поля 21 хорошо наблюдаемой звезды. Моделирование проводилось на суперкомпьютерных объектах AIP и Leibniz Rechenzentrum (LRZ). Результаты опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
|
|
|
|
Команда исследовала, как свойства звезд, такие как гравитация, сила магнитного поля и период вращения, влияют на характеристики ветра с точки зрения скорости или плотности. Результаты включают всестороннюю характеристику свойств звездного ветра по спектральным классам, что, среди прочего, указывает на необходимость пересмотра предыдущих предположений о скоростях звездного ветра при оценке связанных с ними темпов потери массы на основе наблюдений. Кроме того, моделирование позволяет предсказать ожидаемый размер альфвеновской поверхности — границы между короной звезды и ее звездным ветром. Эта информация имеет основополагающее значение для определения того, может ли планетарная система подвергаться сильным магнитным взаимодействиям между звездой и планетой, которые могут происходить, когда планетарная орбита входит или полностью входит в альфвеновскую поверхность своей звезды-хозяина.
|
|
|
|
Их результаты показывают, что звезды с магнитным полем больше, чем у Солнца, имеют более быстрые ветры. В некоторых случаях скорость звездного ветра может быть в пять раз выше средней скорости солнечного ветра, которая обычно составляет 450 км/с. В ходе исследования была получена оценка того, насколько сильны ветры этих звезд в так называемых «обитаемых зонах», определяемых как орбитальные расстояния, на которых скалистые экзопланеты могут поддерживать поверхностную жидкую воду при атмосферном давлении, подобном земному. Они обнаружили более мягкие условия вокруг звезд F- и G-типа, сравнимые с теми, что Земля испытывает вокруг Солнца G-типа, и все более суровые ветры для звезд K- и M-типа. Такие интенсивные звездные ветры сильно влияют на любую потенциальную атмосферу планеты.
|
|
|
|
Это явление хорошо задокументировано в солнечной физике между скалистыми планетами и Солнцем, но не в случае экзопланетных систем. Это требует оценки звездного ветра для оценки процессов, подобных тем, которые мы наблюдаем между солнечными ветрами и планетными атмосферами. Информация о звездном ветре для звезд главной последовательности от F до M ранее была неизвестна, что делает это исследование важным в контексте обитаемости. Работа, представленная в этой статье, была выполнена для 21 звезды, но результаты достаточно общие, чтобы их можно было применить и к другим холодным звездам главной последовательности. Это исследование прокладывает путь к будущим исследованиям наблюдений за звездным ветром и его влияния на эрозию планетарных атмосфер.
|
|
|
|
Источник
|
