Turbulent konvektion i hjertet af stjerneaktivitet

I deres interiør, stjerner er struktureret i et lagdelt, løg-lignende mode. I dem med sollignende temperaturer, kernen efterfølges af strålingszonen. der, varmen indefra ledes udad ved hjælp af stråling. Efterhånden som stjerneplasmaet bliver køligere længere udenfor, varmetransport er domineret af plasmastrømme:varmt plasma indefra stiger til overfladen, køler, og synker ned igen. Denne proces kaldes konvektion. På samme tid, stjernens rotation, som afhænger af stjernernes breddegrad, introducerer forskydningsbevægelser. Sammen, begge processer vrider og snoer magnetiske feltlinjer og skaber en stjernes komplekse magnetfelter i en dynamoproces, der endnu ikke er fuldt ud forstået.

"Desværre, vi kan ikke se direkte ind i Solen og andre stjerner for at se disse processer i aktion, men er nødt til at ty til mere indirekte metoder, " siger Dr. Jyri Lehtinen fra Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) i Tyskland, første forfatter til det nye papir offentliggjort i dag i Natur astronomi . I deres nuværende undersøgelse, forskerne sammenlignede på den ene side forskellige stjerners aktivitetsniveauer, og deres rotations- og konvektive egenskaber på den anden side. Målet var at bestemme, hvilke ejendomme der har stor indflydelse på aktiviteten. Dette kan hjælpe med at forstå detaljerne i dynamo-processen indeni.

Adskillige modeller af stjernedynamoen er blevet foreslået i fortiden, men to hovedparadigmer hersker. Mens en af ​​dem lægger større vægt på rotationen og kun antager subtile effekter af konvektionsstrømme, den anden afhænger i høj grad af turbulent konvektion. I denne form for konvektion, det varme stjerneplasma stiger ikke til overfladen i stor skala, beroligende bevægelser. Hellere, små kraftige strømme dominerer.

For at finde beviser for det ene eller det andet af de to paradigmer, Lehtinen og hans kolleger tog for første gang et kig på 224 meget forskellige stjerner. Deres prøve indeholdt begge hovedsekvensstjerner, som så at sige i deres livs bedste, og ældre, mere udviklede kæmpestjerner. Typisk, både konvektion og rotationsegenskaber for stjerner ændrer sig, når de ældes. Sammenlignet med hovedsekvensstjerner, udviklede stjerner udviser en tykkere konvektionszone, der ofte udvider sig over en stor del af stjernens diameter og undertiden erstatter strålingszonen fuldstændigt. Dette fører til længere omsætningstider for konvektiv varmetransport. På samme tid, rotationen aftager normalt.

Til deres studie, forskerne analyserede et datasæt opnået ved Mount Wilson Observatory i Californien (USA), som over flere år registrerede stjernernes emissioner i bølgelængder, der er typiske for calciumioner, der findes i stjerneplasmaet. Disse emissioner er ikke kun korreleret med stjernernes aktivitetsniveau. Kompleks databehandling gjorde det også muligt at udlede stjernernes rotationsperioder.

Ligesom solen, stjerner er nogle gange plettet med områder med ekstrem høj magnetisk feltstyrke, såkaldte aktive regioner, som ofte forbindes med mørke pletter på stjernernes synlige overflade. "Når en stjerne roterer, disse områder kommer til syne og passerer ud af det, hvilket fører til en periodisk stigning og fald i emissionslysstyrke, " Prof. Dr. Maarit Käpylä fra Aalto Universitet i Finland, som også leder forskningsgruppen "Solar and Stellar Dynamos" på MPS, forklarer. Imidlertid, da stjernernes emissioner også kan svinge på grund af andre effekter, at identificere periodiske variationer - især over lange perioder - er vanskelig.

"Nogle af de stjerner, vi studerede, viser rotationsperioder på flere hundrede dage, og overraskende stadig et magnetisk aktivitetsniveau svarende til de andre stjerner, og bemærkelsesværdigt endda magnetiske cyklusser som Solen, " siger Dr. Nigul Olspert fra MPS, der analyserede dataene. Solen, sammenlignet med, roterer ret hurtigt med en rotationsperiode på kun cirka 25 dage ved solækvator. De konvektive omsætningstider blev beregnet ved hjælp af stjernestrukturmodellering under hensyntagen til hver stjernes masse, kemisk sammensætning, og evolutionær fase.

Forskernes analyse viser, at en stjernes aktivitetsniveau ikke - som det var blevet foreslået af andre undersøgelser baseret på mindre og mere ensartede prøver inklusive kun hovedsekvensstjerner - kun afhænger af dens rotation. I stedet, kun hvis der tages højde for konvektion, kan adfærden af ​​hovedsekvens og udviklede stjerner forstås på en samlet måde. "Koaktionen af ​​rotation og konvektion bestemmer, hvor aktiv en stjerne er, " Prof. Käpylä opsummerer. "Vores resultater vipper skalaen til fordel for dynamomekanismen inklusive turbulent konvektion, " tilføjer hun.