
Астросферы, звездные аналоги гелиосферы, окружающей нашу солнечную систему, представляют собой пузырьки очень горячей плазмы, уносимые звездными ветрами в межзвездную среду, пространство, заполненное газом и пылью. Изучение звездных ветров звезд с малой массой, подобных солнцу, позволяет нам понять звездную и планетарную эволюцию и, в конечном счете, историю и будущее нашей собственной звезды и солнечной системы. Звездные ветры приводят в действие многие процессы, которые испаряют атмосферы планет в космос и, следовательно, приводят к потере массы атмосферы.
Хотя скорость убегания планет в течение часа или даже года невелика, они действуют в течение длительных геологических периодов. Потери накапливаются и могут стать решающим фактором для превращения планеты в обитаемый мир или безвоздушную скалу.
Несмотря на их важность для эволюции как звезд, так и планет, ветры солнцеподобных звезд, как известно, трудно сдерживать. В основном состоящие из протонов и электронов, они также содержат небольшое количество более тяжелых высокозаряженных ионов (например, кислорода, углерода). Именно эти ионы, захватывая электроны из нейтральных частиц межзвездной среды вокруг звезды, испускают рентгеновские лучи.
Международная исследовательская группа, возглавляемая Кристиной Кисляковой, старшим научным сотрудником кафедры астрофизики Венского университета, впервые обнаружила рентгеновское излучение астросфер вокруг трех солнцеподобных звезд, так называемых звезд главной последовательности, которые являются звездами в расцвете своей жизни, и, таким образом, впервые напрямую зарегистрировала такие ветры, что позволило им установить ограничения на скорость потери массы звезд из-за их звездных ветров.
Эти результаты, основанные на наблюдениях с помощью космического телескопа XMM-Newton, в настоящее время опубликованы в Nature Astronomy. Исследователи наблюдали спектральные отпечатки (так называемые спектральные линии) ионов кислорода с помощью XMM-Newton и смогли определить количество кислорода и, в конечном счете, общую массу звездного ветра, испускаемого звездами.
Для трех звезд с обнаруженными астросферами, названных 70 Змееносца, эпсилон Эридана и 61 Лебедя, исследователи оценили скорость потери массы в 66,5 ± 11,1, 15,6 ± 4,4 и 9,6 ± 4,1 раза выше скорости потери массы Солнца соответственно. Это означает, что ветры от этих звезд намного сильнее солнечного ветра, что может быть объяснено более сильной магнитной активностью этих звезд.
"В солнечной системе наблюдалось излучение заряда солнечного ветра от планет, комет и гелиосферы, которое представляет собой естественную лабораторию для изучения состава солнечного ветра", - объясняет ведущий автор исследования Кислякова.
"Наблюдать это излучение от далеких звезд гораздо сложнее из-за слабости сигнала. Кроме того, расстояние до звезд очень затрудняет отделение сигнала, излучаемого астросферой, от фактического рентгеновского излучения самой звезды, часть которого "распределена" по полю зрения телескопа из-за инструментальных эффектов.
"Мы разработали новый алгоритм для разделения звездного и астросферного вклада в излучение и обнаружили сигналы обмена зарядами, исходящие от ионов кислорода звездного ветра и окружающей нейтральной межзвездной среды трех звезд главной последовательности.
"Впервые было обнаружено рентгеновское излучение обмена зарядами из астросфер таких звезд. Наши расчетные скорости потери массы могут быть использованы в качестве эталона для моделей звездного ветра и расширить наши ограниченные данные наблюдений за ветрами солнцеподобных звезд."
Соавтор Мануэль Гюдель, также из Венского университета, добавляет: "В течение трех десятилетий во всем мире предпринимались попытки обосновать наличие ветров вокруг солнцеподобных звезд и измерить их силу, но до сих пор только косвенные доказательства, основанные на их вторичном воздействии на звезду или ее окружение, указывали на существование таких ветров; наша группа ранее пыталась обнаружить радиоизлучение от ветров, но смогла установить только верхние пределы силы ветра, не обнаруживая самих ветров.
"Наши новые результаты, основанные на рентгеновских снимках, прокладывают путь к непосредственному обнаружению и даже визуализации этих ветров и изучению их взаимодействия с окружающими планетами".
"В будущем этот метод прямого обнаружения звездных ветров в рентгеновских лучах будет облегчен благодаря будущим приборам высокого разрешения, таким как спектрометр X-IFU европейской миссии Athena", - объясняет исследователь CNRS Димитра Коутрумпа, соавтор исследования.
"Высокое спектральное разрешение X-IFU позволит выявить более тонкую структуру и коэффициент излучения кислородных линий (а также других более слабых линий), которые трудно различить с помощью ПЗС-матрицы XMM, и наложит дополнительные ограничения на механизм излучения; тепловое излучение от звезд или нетепловой обмен зарядом от астросфер".
Источник: Nature Astronomy, Венский университет
На главном изображении:
Инфракрасное изображение ударной волны (красной дуги), создаваемой массивной гигантской звездой Дзета Змееносец в облаке межзвездной пыли. Слабые ветры солнцеподобных звезд главной последовательности наблюдать гораздо сложнее. Предоставлено: НАСА / JPL-Caltech; НАСА и команда Hubble Heritage Team (STScI / AURA); К. Р. О'Делл, Университет Вандербильта
На изображении и графике ниже:
Рентгеновское изображение звезды 70 Змееносца в формате XMM-Newton (слева) и рентгеновское излучение из области ("Кольца"), окружающей звезду, представлено в виде спектра по энергии рентгеновских фотонов (справа). Большая часть излучения состоит из рентгеновских фотонов от самой звезды, но рассеянных в пределах наблюдательного телескопа и через камеру (аппроксимировано моделью, показанной синей линией), но существует значительный вклад вокруг линии кислород К-альфа с энергией 0,56 кэВ, который исходит от расширенной астросферы, а не от звезды (этот вклад включен в красную модель).
Автор: Кислякова и др. Астрономия природы, 10.1038 / s41550-024-02222- x, 2024