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 astrosfer, i nałożył ograniczenia na tempo utraty masy gwiazd poprzez swoje wiatry gwiazdowe. 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 – 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 naszych własnych gwiazd i Układu Słonecznego. Wiatry gwiazdowe napędzają wiele procesów, które wyparowują atmosfery planet w przestrzeń kosmiczną, prowadząc w ten sposób do utraty masy atmosferycznej.
Chociaż tempo ucieczki planet w ciągu godziny lub nawet roku jest niewielkie, dotyczy to długich okresów geologicznych. Straty kumulują się i mogą mieć decydujący wpływ na ewolucję planety w świat nadający się do zamieszkania lub w pozbawioną powietrza skałę. Pomimo ich znaczenia dla ewolucji zarówno gwiazd, jak i planet, wiatry gwiazd podobnych do Słońca są niezwykle trudne do powstrzymania. Zbudowane są głównie z protonów i elektronów, zawierają także niewielką ilość cięższych, silnie naładowanych jonów (np. tlenu, węgla). To właśnie te jony wychwytując elektrony z neutralnych ośrodków międzygwiazdowych wokół gwiazdy, emitują promieniowanie rentgenowskie.
Wykryto emisję promieniowania rentgenowskiego z astroferów
Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Kristinę Kislyakovą, starszą naukowiec na Wydziale Astrofizyki Uniwersytetu Wiedeńskiego, po raz pierwszy wykrył emisję promieniowania rentgenowskiego z astrosfer wokół trzech gwiazd podobnych do Słońca, tak zwanych gwiazd ciągu głównego, które są gwiazdy w kwiecie wieku i w ten sposób po raz pierwszy bezpośrednio zarejestrowała takie wiatry, co pozwoliło im nałożyć ograniczenia na tempo utraty masy gwiazd poprzez wiatry gwiazdowe.
Wyniki te, oparte na obserwacjach za pomocą teleskopu kosmicznego XMM-Newton, są obecnie publikowane w czasopiśmie Nature Astronomy. Naukowcy zaobserwowali widmowe odciski palców (tzw. linie widmowe) jonów tlenu za pomocą XMM-Newton i byli w stanie określić ilość tlenu, a ostatecznie całkowitą masę wiatru gwiazdowego emitowanego przez gwiazdy. W przypadku trzech gwiazd z wykrytymi astrosferami, 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 wychodzące z 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 składu wiatru słonecznego” – wyjaśnia główna autorka badania, Kristina Kislyakova. „Obserwacja tej emisji z odległych gwiazd jest znacznie trudniejsza ze względu na słaby sygnał. Poza tym odległość do gwiazd bardzo utrudnia oddzielenie sygnału emitowanego przez astrosferę od rzeczywistej emisji promieniowania rentgenowskiego tej gwiazdy. samej gwiazdy, której część jest „rozciągnięta” w polu widzenia teleskopu w wyniku efektów instrumentalnych. Opracowaliśmy nowy algorytm pozwalający rozdzielić wkład gwiazdowy i astrosferyczny w emisję oraz wykryliśmy sygnały wymiany ładunku pochodzące od gwiazd jony tlenu wiatru i otaczający je neutralny ośrodek międzygwiazdowy złożony z trzech gwiazd ciągu głównego. Po raz pierwszy wykryto emisję promieni rentgenowskich z wymianą ładunku z astrosfer takich gwiazd. Nasze szacunkowe współczynniki utraty masy mogą posłużyć jako punkt odniesienia dla gwiazd modele wiatrów i poszerzyć nasze ograniczone dowody obserwacyjne dotyczące wiatrów gwiazd podobnych do Słońca.”
Współautor Manuel Güdel, również z Uniwersytetu Wiedeńskiego, dodaje: „Przez trzydzieści lat na całym świecie podejmowano wysiłki mające na celu uzasadnienie obecności wiatrów wokół gwiazd podobnych do Słońca i zmierzenie ich siły, ale jak dotąd jedynie dowody pośrednie oparte na ich wtórny wpływ na gwiazdę lub jej otoczenie nawiązywał do istnienia takich wiatrów; nasza grupa próbowała wcześniej wykryć emisję radiową wiatrów, ale mogła jedynie wyznaczyć górne granice siły wiatru, nie wykrywając samych wiatrów. oparte na wynikach otwierają drogę do bezpośredniego wyszukiwania, a nawet obrazowania tych wiatrów i badania ich interakcji z otaczającymi planetami.”
„W przyszłości ta metoda bezpośredniej detekcji wiatrów gwiazdowych w promieniowaniu rentgenowskim będzie łatwiejsza dzięki przyszłym instrumentom o wysokiej rozdzielczości, takim jak spektrometr X-IFU europejskiej misji Athena. Wysoka rozdzielczość widmowa X-IFU rozwiąże problem drobniejsza struktura i współczynnik emisji linii tlenu (a także innych słabszych linii), które są trudne do rozróżnienia przy rozdzielczości CCD XMM i zapewniają dodatkowe ograniczenia mechanizmu emisji; emisja termiczna z gwiazd lub nietermiczna wymiana ładunku z astrosfery.” – wyjaśnia badaczka CNRS Dimitra Koutroumpa, współautorka badania.