Seje stjerner er måske ikke så unikke

Stjerner spredt over hele kosmos ser anderledes ud, men de er måske mere ens end engang troede, ifølge forskere fra Rice University.

Nyt modelleringsarbejde fra Rice-forskere viser, at "seje" stjerner som solen deler den dynamiske overfladeadfærd, der påvirker deres energiske og magnetiske miljøer. Denne stjernemagnetiske aktivitet er nøglen til, om en given stjerne er vært for planeter, der kan understøtte liv.

Arbejdet af Rice postdoc-forsker Alison Farrish og astrofysikere David Alexander og Christopher Johns-Krull dukker op i en offentliggjort undersøgelse i The Astrophysical Journal. Forskningen forbinder rotationen af ​​kølige stjerner med opførselen af ​​deres overflademagnetiske flux, som igen driver stjernens koronale røntgenlysstyrke, på en måde, der kunne hjælpe med at forudsige, hvordan magnetisk aktivitet påvirker eventuelle exoplaneter i deres systemer.

Undersøgelsen følger en anden ledet af Farrish og Alexander, der viste, at en stjernes rum-"vejr" kan gøre planeter i deres "Goldilocks-zone" ubeboelige.

"Alle stjerner spinder ned i løbet af deres levetid, mens de afgiver vinkelmomentum, og de bliver mindre aktive som et resultat, " sagde Farrish. "Vi tror, ​​at solen i fortiden var mere aktiv, og det kunne have påvirket jordens tidlige atmosfæriske kemi. Så at tænke på, hvordan de højere energiemissioner fra stjerner ændrer sig over lange tidsskalaer, er ret vigtigt for exoplanetundersøgelser."

"Mere bredt, vi tager modeller, der er udviklet til solen, og ser, hvor godt de tilpasser sig stjerner, sagde Johns-Krull.

Forskerne satte sig for at modellere, hvordan fjerntliggende stjerner er baseret på de begrænsede tilgængelige data. Spin og flux af nogle stjerner er blevet bestemt, sammen med deres klassificering - typer F, G, K og M - som gav oplysninger om deres størrelser og temperaturer.

De sammenlignede solens egenskaber, en G-type stjerne, gennem sit Rossby-nummer, et mål for stjerneaktivitet, der kombinerer dens rotationshastighed med dens underjordiske væskestrømme, der påvirker fordelingen af ​​magnetisk flux på en stjernes overflade, med hvad de vidste om andre seje stjerner. Deres modeller tyder på, at hver stjernes "rumvejr" fungerer på nogenlunde samme måde, påvirker forholdene på deres respektive planeter.

"Undersøgelsen tyder på, at stjerner - i det mindste seje stjerner - ikke er så forskellige fra hinanden, " sagde Alexander. "Fra vores perspektiv, Alisons model kan anvendes uden frygt eller fordel, når vi ser på exoplaneter omkring M eller F eller K stjerner, såvel, selvfølgelig, som andre G-stjerner.

"Det tyder også på noget meget mere interessant for etableret stjernefysik, at den proces, hvorved et magnetfelt genereres, kan være ret ens i alle seje stjerner. Det er lidt af en overraskelse, " sagde han. Dette kunne omfatte stjerner, der i modsætning til solen, er konvektiv ned til deres kerne.

"Alle stjerner som solen smelter brint og helium sammen i deres kerne, og den energi transporteres først i strålingen fra fotoner mod overfladen, " sagde Johns-Krull. "Men den rammer en zone omkring 60 % til 70 % af vejen, der bare er for uigennemsigtig, så det begynder at gennemgå konvektion. Varmt stof bevæger sig nedefra, energien stråler væk, og det køligere stof falder ned igen.

"Men stjerner med mindre end en tredjedel af solens masse har ikke en strålingszone; de ​​er konvektiv overalt, " sagde han. "Mange ideer om, hvordan stjerner genererer et magnetfelt, er afhængige af, at der er en grænse mellem strålings- og konvektionszonerne, så du ville forvente, at stjerner, der ikke har den grænse, opfører sig anderledes. Dette papir viser, at på mange måder, de opfører sig ligesom solen, når du først justerer for deres egne særheder."

Farrish, som for nylig fik sin doktorgrad på Rice og snart begynder på en postdoktoral forskningsopgave ved NASAs Goddard Space Flight Center, bemærkede, at modellen kun gælder for umættede stjerner.

"De mest magnetisk aktive stjerner er dem, vi kalder 'mættede, '" sagde Farrish. "På et vist tidspunkt, en stigning i magnetisk aktivitet holder op med at vise den tilhørende stigning i højenergi røntgenstråling. Årsagen til, at dumpning af mere magnetisme på stjernens overflade ikke giver dig mere emission, er stadig et mysterium.

"Omvendt solen er i det umættede regime, hvor vi ser en sammenhæng mellem magnetisk aktivitet og energetisk emission, " sagde hun. "Det sker på et mere moderat aktivitetsniveau, og disse stjerner er af interesse, fordi de kan give mere gæstfrie omgivelser for planeter."

"Bundlinjen er observationerne, som spænder over fire spektraltyper, herunder både helt og delvist konvektive stjerner, kan være rimeligt godt repræsenteret af en model genereret fra solen, " sagde Alexander. "Det forstærker også ideen om, at selvom en stjerne, der er 30 gange mere aktiv end solen, måske ikke er en stjerne i G-klassen, det er stadig fanget af den analyse, som Alison har lavet."

"Vi skal være tydelige på, at vi ikke simulerer nogen bestemt stjerne eller system, " sagde han. "Vi siger det statistisk, den magnetiske adfærd af en typisk M-stjerne med et typisk Rossby-tal opfører sig på samme måde som solens, hvilket giver os mulighed for at vurdere dens potentielle indvirkning på dens planeter."

Et kritisk jokertegn er en stjernes aktivitetscyklus, som ikke kan inkorporeres i modellerne uden års observation. (Solens cyklus er 11 år, bevist af solpletaktivitet, når dens magnetiske feltlinjer er mest forvrænget.)

Johns-Krull sagde, at modellen stadig vil være nyttig på mange måder. "Et af mine interesseområder er at studere meget unge stjerner, hvoraf mange er, som lavmassestjerner, fuldt konvektiv, " sagde han. "Mange af disse har skivemateriale omkring sig og danner stadig planeter. Hvordan de interagerer er medieret, vi tænker, ved det stjernemagnetiske felt.

"Så, Alisons modelleringsarbejde kan bruges til at lære om storskalastrukturen af ​​meget magnetisk aktive stjerner, og det kan så give os mulighed for at teste nogle ideer om, hvordan disse unge stjerner og deres diske interagerer."

Minjing Li, en gæstende bachelor fra University of Science and Technology i Kina, er medforfatter til avisen. Alexander er professor i fysik og astronomi og direktør for Rice Space Institute. Johns-Krull er professor i fysik og astronomi.