Mały rozbłysk z małej gwiazdy
Rozbłyski gwiazdowe to gwałtowne, krótkotrwałe wzrosty jasności, które są szczególnie częste u gwiazd typu M. Studiowanie różnorodności rozbłysków pochodzących od karłów typu M jest ważne dla zrozumienia ich wpływu na atmosfery planet wokół tych gwiazd krążących.
Wizja artystyczna karła typu M emitująca ogromne rozbłyski o wiele bardziej energetyczne niż te pochodzące od Słońca.
Źródło: NASA, ESA and D. Player (STScI).
Większość gwiazd lubi rozbłyski. Rozbłyski gwiazdowe to gwałtowne, krótkotrwałe wzrosty jasności, które są szczególnie częste u gwiazd typu M – klasy gwiazd, które najprawdopodobniej będą posiadać planety podobne do Ziemi. Studiowanie różnorodności rozbłysków pochodzących od karłów typu M jest ważne dla zrozumienia ich wpływu na atmosfery planet wokół tych gwiazd krążących. Artykuł opublikowany 15 listopada 2022 roku w The Astrophysical Journal opisuje szczegółowe obserwacje rozbłysku w pobliskim czerwonym karle: Proximie Centauri.
Czym są rozbłyski karłów typu M?
Karły typu M mają silne pola magnetyczne i otoczki konwekcyjne. Linie pola magnetycznego są przeciągne z powodu ruchu konwekcyjnego w otoczce. Ta aktywność magnetyczna może spowodować nagłe uwolnienie energii poprzez mechanizm znany jako ponowne połączenie magnetyczne. Ten wybuch energii powoduje, że gwiazda rozbłyskuje i emituje impuls promieniowania w całym spektrum elektromagnetycznym. Do tej pory zbadano kilka rozbłysków w karłach typu M, ale tylko najbardziej energetyczne rozbłyski zostały zbadane na różnych długościach fal. Rozbłyskom o niższej energii poświęcono stosunkowo mniej uwagi. Zrozumienie tych niskoenergetycznych rozbłysków ma kluczowe znaczenie, ponieważ oczekuje się, że będą one znacznie częstsze niż ich bardziej energetyczne odpowiedniki, a zatem oczekuje się, że będą miały znaczący wpływ na planety krążące wokół gwiazdy.
Rozbłysk z Proxima Centauri
Autorzy przeprowadzili kampanię monitorowania karła typu M na wielu długościach fal w całym spektrum elektromagnetycznym w poszukiwaniu niskoenergetycznych rozbłysków. Na przedmiot tego badania wybrali gwiazdę Proxima Centauri – najbliższego Ziemi karła typu M. Monitorowali tę gwiazdę za pomocą teleskopów rentgenowskich, optycznych i radiowych, a 6 maja 2019 roku wykryli rozbłysk!
Tego dnia autorzy pracy obserwowali gwiazdę za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra. ALMA to radioteleskop działający na falach submilimetrowych, natomiast Chandra to teleskop kosmiczny działający na falach rentgenowskich. Oba teleskopy wykryły rozbłysk z Proxima Centauri. W promieniowaniach X Chandra była świadkiem 40-minutowego rozbłysku w miękkim paśmie rentgenowskim, którego energia wynosi ~1000–10 000 eV (dla porównania energia widzialnego fotonu wynosi ~1 eV). Rozbłysk rentgenowski ukazuje złożoną strukturę z szybkim wzrostem, po którym następuje powolny drugi szczyt i ostatni trzeci szczyt w fazie spadku. Teleskopy ALMA wykryły również rozbłysk o długości fali 1,3 mm (dla porównania długość fali światła widzialnego jest rzędu 10-4 mm!). W przeciwieństwie do rozbłysku rentgenowskiego, rozbłysk milimetrowy trwał tylko przez kilka sekund i pokazał tylko dwa piki – zbieżne z końcowymi dwoma pikami widocznymi w promieniach X. Okazuje się, że podczas pierwszego piku rentgenowskiego ALMA doznał usterki kalibracji, przez co nie wykrył pierwszego piku.
Oprócz promieniowania rentgenowskiego i submilimetrowego, rozbłysk został również wykryty na falach optycznych przez globalną sieć teleskopów Las Cumbres Observatory. Teleskopy te wyraźnie wykryły rozbłysk w paśmie U (długość fali ~300 nm) przez około 30 minut.
Krótszy czas trwania rozbłysku w pasmach milimetrowych w porównaniu z pasmami optycznymi nie jest zbyt zaskakujący. Emisja w zakresie milimetrowym jest śladem nagłego, początkowego przyspieszenia naładowanych cząstek, które podgrzewają zewnętrzne warstwy gwiazdy. Te gorące warstwy następnie emitują promieniowanie rentgenowskie i optyczne przez dłuższy czas.
Czego nauczyliśmy się dzięki temu rozbłysków?
Na podstawie obserwacji na różnych długościach fal autorzy obliczyli, że całkowita energia uwolniona w tym rozbłysku wyniosła około 1026 ergów. Chociaż jest to ogromna ilość energii (energia uwolniona podczas wybuchu bomby atomowej wynosi ~1021 ergów), to jednak jest ona niewielka w porównaniu z badanymi w przeszłości rozbłyskami karłów typu M, których energia wynosi ~1034 ergów. Takie niskoenergetyczne rozbłyski były intensywnie badane dla Słońca, które przeszło 175 takich rozbłysków podczas ostatniego 11-letniego cyklu słonecznego. Obserwacje tego rozbłysku dają więc unikalną możliwość porównania rozbłysków słonecznych z rozbłyskami z karłów typu M.
Autorzy stwierdzili, że stosunek zarówno strumienia milimetrowego do rentgenowskiego, jak i strumienia optycznego do rentgenowskiego są znacznie większe dla rozbłysku z Proxima Centauri niż rozbłysków słonecznych. Jednak kilka wielkości, takich jak temperatura i względny czas trwania rozbłysku w różnych długościach fali, są podobne do właściwości rozbłysków słonecznych. To sugeruje, że właściwości emisyjne rozbłysków są podobne w szerokim zakresie energii rozbłysków. Jeżeli właściwości emisji rozbłysków są takie same dla karłów typu M i rozbłysków słonecznych, obserwacja ta może sugerować, że emisja milimetrowa powinna być również obecna we wszystkich rozbłyskach karłów typu M. Jest to ważne, ponieważ emisja milimetrowa pomogła autorom zrozumieć naturę plazmy w otoczce karła typu M.
Zmotywowani tymi obserwacjami, autorzy kontynuują kampanię na wielu długościach fal, aby szukać dodatkowych rozbłysków z innych karłów typu M w różnym wieku i o różnym poziomie aktywności. Te obserwacje na różnych długościach fal pomogą nam zrozumieć podobieństwa tych rozbłysków z ich słonecznymi odpowiednikami, naturę plazmy w ich otoczkach oraz ich wpływ na planety krążące wokół gwiazd.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
