Bevis på nye magnetiske overgange i sen-type dværge fra Gaia DR2

Siden den anden Gaia-dataudgivelse den 25. april 2018, astrofysikere har haft et hidtil uset væld af information til deres rådighed, ikke kun om afstande og bevægelser af stjerner i galaksen, men også på mange andre stjerneparametre, der fulgte med ved at udnytte instrumenteringen ombord på satellitten og missionens unikke karakteristika. Flere observationer af den samme stjerne, kræves for at udlede dens afstand og bevægelse, producerede også parametre relateret til stjernernes variabilitet. Data for stjerner med pletter på overfladen, der ligner dem på vores sol, i særdeleshed, give oplysninger om deres rotationsperiode og om deres overflademagnetiske felter. Stjernepletter genereret af magnetiske felter ved overfladen modulerer stjernernes lysstyrke, når den roterer, gør det muligt at udlede stjernens rotationsperiode og give en indikation af dens magnetiske aktivitet. Det store antal observerede stjerner gjorde det muligt at producere, med kun de første 22 måneders Gaia-observationer, det største datasæt på rotation til dato, med rotationsperiode og modulationsamplitude på omkring 150, 000 sol-lignende stjerner.

Da videnskabsmænd inspicerede det nye Gaia rotationsmodulationsdatasæt af sollignende stjerner, de forventede at finde et generelt fald i modulationsamplituden med stigende periode, med måske et knæ, der adskiller en hurtigere rotation, "mættet" regime, hvor magnetisk aktivitet er svagt afhængig af rotation, fra en langsommere rotation, "umættet" regime, hvor magnetisk aktivitet er stærkere afhængig af rotation. Ja, eksistensen af ​​en sådan tendens er veletableret ud fra jordbaserede observationer, og det blev for nylig bekræftet af observationerne af Kepler-satellitten. Til deres overraskelse, imidlertid, Gaia-dataene afslørede i stedet et andet og helt uventet billede. Rigdommen af ​​dataene gjorde det muligt at afsløre, for første gang, signaturer af forskellige overfladeinhomogenitetsregimer i amplitude-periodetæthedsdiagrammet. Disse regimer producerer gruppering af data i et sådant diagram, som kun rigdommen af ​​Gaia-dataene kan afsløre.

Det mættede regime viste sig selv at være sammensat af to grene, ved høj og lav amplitude, adskilt af et tydeligt mellemrum ved rotationsperiode kortere end ca. to dage. Forgreningen med lav amplitude opløste sig også i to klumper, viser en overtæthed af datapunkter ved rotationsperiode kortere end ca. en halv dag, som definerer de ultrahurtige rotatorer (UFR'er), og en anden overdensitet i en periode på mere end ca. 5 dage, hvilken, ved sammenligning med Kepler-data, er identificeret som spidsen af ​​det umættede regime. Sådanne beviser udfordrer uventet og dybt vores syn på magneto-rotationsudviklingen af ​​unge sollignende stjerner og foreslår et nyt scenarie.

Dybere undersøgelser viste, at grenen med høj amplitude er befolket af unge stjerner, der endnu ikke har antændt brint i deres kerne. Stjerner i gruppen med lav amplitude langsom rotator identificeres som ældre umættede stjerner. Ultrahurtige rotatorer og de hurtigere stjerner på grenen med høj amplitude forventes at være stjerner, der er på nippet til at antænde brinten, der brænder i deres kerner.

Udover at producere spots, overflademagnetiske felter i sollignende stjerner er også ansvarlige for stjernernes spindown i stigende alder. Ja, magnetfelterne genererer og styrer stjernevinden, som fjerner vinkelmomentum fra stjernen. Der er, imidlertid, en fase i udviklingen af ​​en sollignende stjerner, hvor den kan spinne op. Unge sollignende stjerner, der endnu ikke har antændt brint i deres kerne, trækker sig sammen, og har derfor tendens til at spinne op. I de tidlige stadier af denne sammentrækning, spin-up forhindres af tab af vinkelmomentum gennem interaktionen med accretion disken, hvor planeter dannes. Når planeter begynder at dannes, og gassen i skiven forsvinder, stjernen bliver derefter fri til at spinne op, indtil den samlede kontraktionsfase er forbi. Efter det, spin-up stopper, og stjernen begynder at snurre ned.

Placering af stjerner med kendt alder og evolutionær status i Gaia-amplituden - periodetæthedsdiagrammet tillader, derfor, at afgrænse et nyt scenarie for magneto-rotationsudviklingen af ​​unge sollignende stjerner. I den tidligere fase af deres udvikling, når de identificeres som T Tauri-typen med en tyk tilvækstskive, stjerner er på grenen med høj amplitude. Når de begynder at sprede deres diske, de spinner op, selvom de stadig forbliver på grenen med høj amplitude, indtil de antænder brintforbrændingen i deres kerner og holder op med at trække sig sammen. Stjerner snurrer efterfølgende ned på grund af opbremsning induceret af magnetiske felter, og bevæger sig mod den lave amplitude, langsomme rotatorer regime. Overgangen til den langsomme rotator, umættet regime er noget diskontinuerligt, som vist ved den lavere tæthed i amplitude-periode tæthedsdiagrammet. Dette giver observationel støtte til eksistensen af ​​en magnetisk overgang, som for nylig er blevet foreslået i litteraturen.

Tilstedeværelsen af ​​den ultrahurtige rotator overdensitet ved lav amplitude, klart adskilt fra grenen med høj amplitude, og faldet i tætheden af ​​den høje amplitudegren mod meget korte perioder, foreslå en alternativ magneto-rotationsudvikling, som der ikke var bevis for før Gaia. Stjerner på grenen med høj amplitude, der snurrer tæt på deres opbrudshastighed (dvs. når centrifugalkraften ved ækvator er sammenlignelig med tyngdekraften) gennemgår en meget hurtig magnetisk overgang mod en mere aksesymmetrisk feltkonfiguration, hvilket forårsager et dramatisk fald i modulationsamplitude og bringer dem ind i det ultrahurtige rotatorregime. Den meget sparsomme befolkning, der forbinder den ultrahurtige rotatorgruppe med den langsomme rotatorgruppe med lav amplitude, tyder på, at stjerner spinner ned i et langsommere tempo, og til sidst smelte sammen i den langsom-rotator-gren med lav amplitude.

Derfor, alle stjerner konvergerer til sidst til den langsomroterende gren med lav amplitude, til det umættede regime, hvor den magnetiserede vindbremsning styrer stjernernes spin-down. Denne sidste fase af stjernernes spin-down bliver aktivt undersøgt af det videnskabelige samfund, da det kan give en effektiv metode til at udlede stjernens alder under evolutionære faser, når andre stjerneparametre varierer meget lidt. I denne henseende, amplitudebimodaliteten fundet i Gaia-dataene hjælper med at identificere stjerner, der er i det umættede regime, når denne "gyro-kronologi" kan anvendes.