Aktywność plam gwiazdowych czerwonego olbrzyma wskazuje na nieokresowe, chaotyczne dynamo
Naukowcy zrekonstruowali czasowe zmiany w rozkładzie plam powierzchniowych na czerwonym olbrzymie XX Trianguli.
 |
| Powierzchnia czerwonego olbrzyma XX Trianguli. Dla porównania pokazano rozmiar Słońca.Źródło: HUN-REN RCAES/Zs. Kővári, MOME/Á. Radványi, AIP/K. Strassmeier |
W przełomowych badaniach opublikowanych w Nature, naukowcy z Leibniz-Institut for Astrophysics Potsdam (AIP) i HUN-REN Research Centre for Astronomy and Earth Sciences (HUN-REN CSFK) zrekonstruowali czasowe zmiany w rozkładzie plam powierzchniowych na gwieździe – czerwonym olbrzymie XX Trianguli. Badania opierają się na unikalnej serii obserwacji spektroskopowych przeprowadzonych przez robotyczne obserwatorium STELLA w ciągu 16 lat.
Plamy słoneczne to najbardziej znane przejawy słonecznej aktywności magnetycznej, które wraz z wieloma innymi zjawiskami, takimi jak rozbłyski słoneczne czy cykl słoneczny, można powiązać z mechanizmem dynamo działającym wewnątrz Słońca. Plamy gwiazdowe to zjawiska podobne do plam słonecznych, ale występujące na powierzchni odległych gwiazd. Zwykle jednak nie możemy obserwować powierzchni gwiazd bezpośrednio, dlatego zastosowaliśmy technikę tomograficzną zwaną obrazowaniem dopplerowskim do danych z XX Tri – wyjaśnił dr Zsolt Kővári, doradca naukowy w Obserwatorium Konkoly HUN-REN CSFK, węgierski uczestnik zespołu badawczego.
Wahania jasności czerwonego olbrzyma XX Tri o dużej amplitudzie obserwowano już wcześniej, więc wiadomo było również, że są one spowodowane przez ciemne plamy, które pojawiają się i znikają, gdy gwiazda wiruje wokół własnej osi w ciągu 24 dni. Plamy te są nawet większe niż cała powierzchnia naszego Słońca – dlatego XX Tri została nazwana „najbardziej plamistą gwiazdą na niebie”.
Naukowcy wykorzystali ponad 2000 widm o wysokiej rozdzielczości zebranych w ciągu 16 lat za pomocą zrobotyzowanych teleskopów STELLA AIP na Teneryfie, co stanowi bezprecedensową ilość jednorodnych danych spektroskopowych gwiazdy. Zrobotyzowane obserwatorium STELLA, którego głównym badaczem jest prof. Klaus G. Strassmeier, główny autor artykułu, jest „domowym obserwatorium” AIP: bliźniacze teleskopy zostały zaprojektowane, zbudowane i obsługiwane zdalnie w Poczdamie. Z danych zrekonstruowano 99 obrazów dopplerowskich w szeregach czasowych, pokazujących ewolucję plam na powierzchni gwiazdy w latach 2006-2022.
Jednym z głównych ustaleń badań jest to, że zmiany powierzchni XX Tri nie wykazują cykli magnetycznych podobnych do słonecznych, na podstawie czego autorzy wnioskują, że dynamo gwiazdy jest nieokresowe, najprawdopodobniej chaotyczne w naturze.
Dynamo słoneczne wykazuje cykliczne zachowanie w liczbie i rozkładzie plam słonecznych, które powtarza się średnio co 11 lat, znane jako wykres motylkowy. Jednak XX Tri jest czerwonym olbrzymem około dziesięć razy większym od Słońca, a jego struktura wewnętrzna znacznie różni się od struktury Słońca, które jest karłem ciągu głównego. Nie znaleźliśmy dowodów na podobne cykle dla XX Tri – podsumował dr Kővári, po czym dodał:
Badając gwiezdne dynamo, możemy również zbliżyć się do zrozumienia dynamo słonecznego. Co więcej, działanie dynamo jest odpowiedzialne nie tylko za właściwości magnetyczne Słońca lub innych gwiazd z plamami, ale także ziemskie pole magnetyczne jest tworzone przez podobny mechanizm, który z drugiej strony chroni naszą cywilizację techniczną przed szkodliwymi burzami słonecznymi. Naszym celem jest możliwość obserwowania przejawów mechanizmu dynamo w jak największej liczbie gwiazd o różnych cechach, ponieważ znając podobieństwa i różnice, ostatecznie lepiej zrozumiemy procesy kształtujące nasze własne środowisko.
Badanie po raz pierwszy pokazuje, jak gigantyczne plamy gwiazdowe powodują niewielkie przesunięcie gwiazdy XX Tri na niebie. Gwiazda ta, obserwowana z Ziemi, wydaje się być punktowym źródłem światła. Jednak rzeczywistość jest bardziej złożona. Fotocentrum (punkt, z którego wydaje się pochodzić światło gwiazdy) nie pokrywa się z geometrycznym środkiem gwiazdy, gdy na jej powierzchni znajdują się duże plamy. Te plamy przesuwają fotocentrum w kierunku przeciwnym do siebie. W przypadku XX Tri, oddalonej o 630 lat świetlnych, fotocentrum może przesunąć się o 10% promienia gwiazdy względem jej środka geometrycznego. To z kolei powoduje pozorne przesunięcie gwiazdy na niebie o 24 mikrosekundy łuku (co odpowiada średnicy włosa widzianego z odległości 1000 km). Dzięki obserwatorium kosmicznemu Gaia możliwe jest teraz mierzenie tak niewielkich przesunięć. To samo przesunięcie można zaobserwować w przypadku planety o masie Saturna krążącej wokół gwiazdy podobnej do Słońca z odległości około 300 lat świetlnych. Naukowcy podkreślają, że rozróżnienie efektów plam gwiazdowych i egzoplanet może być bardzo trudne, a nawet niemożliwe, zwłaszcza gdy okresy ich występowania są podobne.
Obserwacje XX Tri za pomocą STELLA są kontynuowane, więc według dr. Kővári nowe dane mogą ujawnić dalsze szczegóły dotyczące działania dynamo gwiazdy.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
