Pierwsza w historii detekcja wiatrów gwiazdowych w trzech gwiazdach podobnych do Słońca

Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez badacza z Uniwersytetu Wiedeńskiego po raz pierwszy bezpośrednio wykrył wiatry gwiazdowe trzech gwiazd podobnych do Słońca, rejestrując emisję promieniowania rentgenowskiego z ich otoczek astronomicznych, co nałożyło ograniczenia na tempo utraty masy gwiazdowej. Przez ich astralne wiatry. Wyniki badania opublikowano obecnie w czasopiśmie Nature Astronomy.

Astrosfery, gwiezdne odpowiedniki heliosfery otaczającej nasz Układ Słoneczny, to bardzo gorące bąbelki plazmy wdmuchiwane przez wiatry gwiazdowe do ośrodka międzygwiazdowego, czyli przestrzeni wypełnionej gazem i pyłem. Badanie wiatrów gwiazdowych gwiazd o małej masie podobnych do Słońca pozwala nam zrozumieć ewolucję gwiazd i planet, a ostatecznie historię i przyszłość naszej gwiazdy i Układu Słonecznego. Wiatry gwiazdowe napędzają kilka procesów, które wyparowują atmosfery planet w przestrzeń kosmiczną, prowadząc w ten sposób do utraty masy atmosferycznej.

Chociaż współczynniki ucieczki planet w ciągu godziny lub nawet roku są niewielkie, działają one w długich okresach geologicznych. Straty kumulują się i mogą być decydującym czynnikiem w ewolucji planety w świat nadający się do zamieszkania lub w pozbawioną powietrza skałę. Chociaż wiatry gwiazd podobnych do Słońca są ważne dla ewolucji gwiazd i planet, trudno je powstrzymać. Składa się głównie z protonów i elektronów, a także zawiera niewielką ilość cięższych, silnie naładowanych jonów (takich jak tlen i węgiel). To właśnie te jony wychwytując elektrony z neutralnego ośrodka międzygwiazdowego wokół gwiazdy, emitują promieniowanie rentgenowskie.

Wykryto emisję promieniowania rentgenowskiego z planet gwiazdowych

Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Kristinę Kislyakovą, starszą naukowiec na Wydziale Astrofizyki Uniwersytetu Wiedeńskiego, po raz pierwszy odkrył emisję promieniowania rentgenowskiego z astrosfery wokół trzech gwiazd podobnych do Słońca, tak zwanych gwiazd ciągu głównego, które są gwiazdami w kwiecie wieku, dlatego po raz pierwszy bezpośrednio zarejestrowały takie wiatry, co pozwoliło im nałożyć ograniczenia na tempo, w jakim gwiazdy tracą masę pod wpływem wiatrów gwiazdowych.

Wyniki te, oparte na obserwacjach przeprowadzonych przez teleskop kosmiczny XMM-Newton, zostały teraz opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy. Naukowcy zaobserwowali sygnatury widmowe (tzw. linie widmowe) jonów tlenu za pomocą XMM-Newton i byli w stanie określić ilość tlenu, a ostatecznie całkowitą masę wiatrów gwiazdowych emitowanych przez gwiazdy. W przypadku trzech odkrytych gwiazd z otoczkami astronomicznymi, nazwanych 70 Ophiuchi, epsilon Eridani i 61 Cygni, badacze oszacowali tempo utraty masy odpowiednio na 66,5 ± 11,1, 15,6 ± 4,4 i 9,6 ± 4,1 razy większe niż tempo utraty masy Słońca. Oznacza to, że wiatry pochodzące od tych gwiazd są znacznie silniejsze niż wiatr słoneczny, co można wytłumaczyć większą aktywnością magnetyczną tych gwiazd.

„W Układzie Słonecznym zaobserwowano emisję wymiany ładunku wiatru słonecznego z planet, komet i heliosfery, co stanowi naturalne laboratorium do badania powstawania wiatru słonecznego” – wyjaśnia główna autorka badania, Kristina Kislyakova. „Obserwacja tej emisji z odległych gwiazd jest trudniejsza ze względu na słaby sygnał. Poza tym odległość do gwiazd bardzo utrudnia oddzielenie sygnału emitowanego z astrosfery od rzeczywistej emisji promieni rentgenowskich z kosmosu. Sama gwiazda , którego część jest „rozproszona” w polu widzenia teleskopu ze względu na efekty instrumentalne. Opracowaliśmy nowy algorytm oddzielający udział gwiazd i astrosfery w emisji oraz wykryliśmy sygnały wymiany ładunku pochodzące od wiatrów jonów tlenowych gwiazd i otaczający neutralny ośrodek międzygwiazdowy dla trzech gwiazd ciągu głównego. Po raz pierwszy wykryto emisję wymienną. „Szacowane tempo utraty masy może posłużyć jako punkt odniesienia dla modeli wiatru gwiazdowego i poszerzyć nasze ograniczone dowody obserwacyjne dotyczące wiatrów Słońca- jak gwiazdy.”

Współautor Manuel Gödel, również z Uniwersytetu Wiedeńskiego, dodaje: „Przez trzydzieści lat na całym świecie podejmowano wysiłki, aby udowodnić istnienie wiatrów wokół gwiazd podobnych do Słońca i zmierzyć ich siłę, ale jak dotąd jedynie dowody pośrednie, oparte na ich wtórnych wpływ na gwiazdę lub jej otoczenie sugeruje obecność takich wiatrów, a nasza grupa próbowała wcześniej wykryć emisję radiową z wiatrów, ale była w stanie ustalić jedynie górne granice siły wiatrów i nie była w stanie wykryć samych wiatrów Istniejące wyniki torują drogę do znalezienia tych wiatrów, a nawet bezpośredniego ich obrazowania i badania ich interakcji z otaczającymi planetami.

„W przyszłości ta metoda bezpośredniej detekcji wiatrów gwiazdowych w promieniach rentgenowskich będzie łatwiejsza dzięki przyszłym instrumentom o wysokiej rozdzielczości, takim jak spektrograf X-IFU europejskiej misji w Atenach. Wysoka rozdzielczość widmowa X-IFU będzie rozwiązać problem. Drobna struktura i współczynnik emisji linii tlenu („Oprócz innych słabych linii), które są trudne do rozróżnienia przy użyciu rozdzielczości CCD XMM, zapewniają dodatkowe ograniczenia mechanizmu emisji, emisję termiczną z gwiazd lub nie – wymiana ładunków cieplnych z astronomii. – wyjaśnia badaczka Narodowego Centrum Badań Naukowych Dimitra Kotroumba, współautorka badania.

Oryginalny post na temat astronomii przyrodniczej:

KG Kislyakova, M. Güdel, D. Koutroompa, JA Carter, CM Lisse, S. Boro Saikia: Detekcja rentgenowska obwiedni astronomicznych wokół trzech gwiazd ciągu głównego i szybkości ich utraty masy. 2024.

Identyfikator cyfrowy: 10.1038/s41550-024-02222-x

zdjęcia:

Rysunek 1: Obraz w podczerwieni fali uderzeniowej (czerwony łuk) utworzonej przez masywnego nadolbrzyma Zeta Ophiuchus w międzygwiazdowym obłoku pyłu. Słabe wiatry gwiazd ciągu głównego podobnych do Słońca są trudne do wykrycia. C: NASA/JPL-Caltech; NASA i Zespół Dziedzictwa Hubble'a (STScI/AURA); CR O'Dell, Uniwersytet Vanderbilt

Rysunek 2: Zdjęcie rentgenowskie XMM-Newton gwiazdy 70 Ophiuchi (po lewej) i emisja promieniowania rentgenowskiego z obszaru („pierścień”) otaczającego gwiazdę, reprezentowana w hiperenergetycznym widmie fotonów rentgenowskich (po prawej). Większość emisji składa się z fotonów promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z samej gwiazdy, ale rozproszonych w teleskopie obserwacyjnym i przez kamerę (w przybliżeniu według wzoru pokazanego przez niebieską linię), ale znaczna część emisji występuje wokół linii tlenu K-alfa w 0,56 keV, które pochodzi z rozszerzonej astrosfery, a nie z Gwiazdy (wkład ten uwzględniono w modelu czerwonym) C: Kislyakova et al. Astronomia fizyczna, 10.1038/s41550-024-02222-x, 2024