|
Тайна высоких уровней энергии в звездных сверхвспышках
|
|
|
|
Хотя их основной целью является поиск экзопланет, такие обсерватории, как космический телескоп Kepler и спутник Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), предоставили огромное количество данных о звездных вспышках, обнаруженных с помощью высокоточной фотометрии с помощью широкополосных фильтров в видимом спектре света. Звезды находятся так далеко, что в эти телескопы они видны только как светящиеся точки, и явления, интерпретируемые как звездные вспышки, представляют собой резкое увеличение яркости этих точек. Также не хватает данных по другим частям электромагнитного спектра, и большинство исследований этих явлений сосредоточены на излучаемой энергии. Наблюдения выявили "супервспышки", огромные магнитные извержения в атмосфере звезд с энергией, в 100-10 000 раз превышающей энергию самых мощных солнечных вспышек. Вопрос в том, может ли какая-либо из доступных моделей объяснить столь высокие уровни энергии.
|
|
|
|
Доступны две модели. Более популярная из них рассматривает излучение сверхвспышки как излучение абсолютно черного тела при температуре 10 000 Кельвинов. Другая связывает это явление с процессом ионизации и рекомбинации атомов водорода. В исследовании, проведенном учеными, связанными с Центром радиоастрономии и астрофизики Маккензи (CRAAM) при Пресвитерианском университете Маккензи (UPM) в Бразилии и Школой физики и астрономии Университета Глазго в Соединенном Королевстве, были проанализированы две модели. Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества. "Учитывая известные процессы передачи энергии во вспышках, мы утверждаем, что модель рекомбинации водорода физически более правдоподобна, чем модель абсолютно черного тела, для объяснения происхождения широкополосного оптического излучения от вспышек", - сказал Пауло Симоэнс, первый автор статьи и профессор UPM.
|
|
|
Исследователи проанализировали 37 сверхвспышек в двойной звездной системе Kepler-411 и пять сверхвспышек на звезде Kepler-396, используя две модели. "Мы пришли к выводу, что оценки общей энергии вспышки, основанные на модели рекомбинации водорода, примерно на порядок ниже значений, полученных с использованием модели излучения абсолютно черного тела, и лучше соответствуют известным факельным процессам", - сказал Симоэнс. Эти процессы описываются в терминах солнечных вспышек. Несмотря на многие различия, солнечные вспышки продолжают использоваться в моделях, на основе которых интерпретируются звездные вспышки. Было накоплено огромное количество информации о вспышках на Солнце, впервые описанных в астрономической литературе двумя английскими астрономами Ричардом Карингтоном и Ричардом Ходжсоном, которые независимо друг от друга наблюдали одну и ту же солнечную вспышку 1 сентября 1859 года.
|
|
|
|
"С тех пор наблюдались вспышки на Солнце интенсивной яркости, длящиеся от нескольких секунд до нескольких часов и на различных длинах волн, от радиоволн и видимого света до ультрафиолетовых и рентгеновских лучей. Вспышки на солнце являются одними из самых энергичных явлений в нашей Солнечной системе и могут повлиять на работу спутников, радиосвязь, электросети, навигацию и GPS-системы, и это лишь несколько примеров", - сказал Александр Араужо, кандидат наук в CRAAM, школьный учитель и соавтор статьи. Солнечные вспышки происходят в активных областях, связанных с интенсивными магнитными полями, где в короне (самом внешнем слое Солнца) резко высвобождается большое количество энергии в результате повторного подключения магнитного поля, нагрева плазмы и ускорения электронов и ионов, а также других частиц. "Поскольку они имеют меньшую массу, электроны могут быть ускорены до значительной доли скорости света, обычно около 30%, но иногда и больше. Ускоренные частицы движутся вдоль силовых линий магнитного поля, и некоторые из них выбрасываются в межпланетное пространство, в то время как другие направляются в противоположном направлении в хромосферу, слой под короной, где они сталкиваются с плазмой высокой плотности, и их энергия передается среде.
|
|
|
|
"Избыточная энергия нагревает местную плазму, вызывая ионизацию и возбуждение атомов и, следовательно, создавая излучение, которое мы можем обнаружить с помощью телескопов на поверхности Земли и в космосе", - пояснил Симоэнс. Начиная с 1960-х годов, многие наблюдательные и теоретические исследования пытались объяснить исключительно большое количество видимого света, испускаемого солнечными вспышками, но окончательного решения до сих пор найдено не было. Наиболее популярными объяснениями, полученными в результате этих исследований, являются излучение абсолютно черного тела в результате нагрева фотосферы, слоя под хромосферой, и излучение рекомбинации водорода в хромосфере. Эта рекомбинация происходит, когда протоны и электроны, разделенные ионизацией, воссоединяются, образуя атомы водорода.
|
|
|
|
"Ограничение первого случая можно свести к вопросу переноса энергии: ни один из механизмов переноса энергии, обычно используемых для солнечных вспышек, не способен обеспечить фотосферу энергией, необходимой для того, чтобы вызвать достаточный нагрев плазмы, объясняющий результаты наблюдений", - сказал Симоэнс. Араужо согласился и сказал: "Расчеты, впервые проведенные в 1970-х годах и позже подтвержденные компьютерным моделированием, показывают, что большинство электронов, ускоренных во время солнечных вспышек, не могут пересечь хромосферу и попасть в фотосферу. Таким образом, модель абсолютно черного тела, объясняющая появление белого света при солнечных вспышках, несовместима с основным процессом переноса энергии, принятым для солнечных вспышек". Что касается модели рекомбинационного излучения водорода, то она более последовательна с физической точки зрения, но, к сожалению, пока не может быть подтверждена наблюдениями, заключают исследователи, хотя в статье приводятся дополнительные аргументы в пользу этой модели, которой пренебрегали в большинстве исследований.
|
|
|
|
Источник
|
