Przejdź do treści

Mały rozbłysk z małej gwiazdy

Wizja artystyczna karła typu M emitująca ogromne rozbłyski.

Rozbłyski gwiazdowe to gwałtowne, krótkotrwałe wzrosty jasności, które są szczególnie częste u gwiazd typu M. Studiowanie różnorodności rozbłysków pochodzących od karłów typu M jest ważne dla zrozumienia ich wpływu na atmosfery planet krążących wokół tych gwiazd.

Artykuł opublikowany 15 listopada 2022 roku w „The Astrophysical Journal” opisuje szczegółowe obserwacje rozbłysku w pobliskim czerwonym karle: Proximie Centauri.

Czym są rozbłyski karłów typu M?
Karły typu M mają silne pola magnetyczne i otoczki konwekcyjne. Aktywność magnetyczna może spowodować nagłe uwolnienie energii poprzez mechanizm znany jako ponowne połączenie magnetyczne. Ten wybuch energii powoduje, że gwiazda rozbłyskuje i emituje impuls promieniowania w całym spektrum elektromagnetycznym. Do tej pory zbadano kilka rozbłysków w karłach typu M, ale tylko najsilniejsze z tych zjawisk zostały zbadane na różnych długościach fal, zaś rozbłyskom o niższej energii poświęcono stosunkowo mniej uwagi. Zrozumienie tych ostatnich ma kluczowe znaczenie, ponieważ oczekuje się, że będą one znacznie częstsze niż ich bardziej energetyczne odpowiedniki, a zatem będą miały znaczący wpływ na planety krążące wokół gwiazdy.

Rozbłysk z Proxima Centauri
Autorzy monitorowali karła typu M na wielu długościach fal w całym spektrum elektromagnetycznym w poszukiwaniu niskoenergetycznych rozbłysków. Na przedmiot tego badania wybrali gwiazdę Proxima Centauri – najbliższego Ziemi karła typu M. Obserwowali tę gwiazdę za pomocą teleskopów rentgenowskich, optycznych i radiowych – i 6 maja 2019 roku wykryli rozbłysk.

Tego dnia autorzy pracy obserwowali gwiazdę za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra. ALMA to radioteleskop działający na falach submilimetrowych, natomiast Chandra to teleskop kosmiczny pracujący na falach rentgenowskich. Oba teleskopy wykryły rozbłysk z Proximy Centauri. W promieniowaniach X Chandra była świadkiem czterdziestominutowego rozbłysku w miękkim paśmie rentgenowskim, którego energia wynosi ~1000–10 000 eV (dla porównania energia widzialnego fotonu wynosi ~1 eV). Rozbłysk rentgenowski ma złożoną strukturę z szybkim wzrostem, po którym następuje powolny drugi szczyt i ostatni trzeci szczyt w fazie spadku. Teleskopy ALMA wykryły również rozbłysk o długości fali 1,3 milimetra (dla porównania długość fali światła widzialnego jest rzędu 104 milimetra). W przeciwieństwie do rozbłysku rentgenowskiego, rozbłysk milimetrowy trwał tylko przez kilka sekund i pokazał tylko dwa piki – zbieżne z końcowymi dwoma pikami widocznymi w promieniach X. Okazuje się, że podczas pierwszego piku rentgenowskiego teleskop ALMA doznał usterki kalibracji, przez co nie wykrył pierwszego piku.

Oprócz promieniowania rentgenowskiego i submilimetrowego rozbłysk został również wykryty na falach optycznych przez globalną sieć teleskopów Las Cumbres Observatory – badacze zobaczyli wyraźny rozbłysk w paśmie U (długość fali ~300 nm) przez około 30 minut.

Krótszy czas trwania rozbłysku w pasmach milimetrowych w porównaniu z pasmami optycznymi nie jest zbyt zaskakujący. Emisja w zakresie milimetrowym jest śladem nagłego, początkowego przyspieszenia naładowanych cząstek, które podgrzewają zewnętrzne warstwy gwiazdy. Te gorące warstwy emitują następnie promieniowanie rentgenowskie i optyczne przez dłuższy czas.

Czego nauczyliśmy się dzięki temu rozbłyskowi?
Na podstawie obserwacji na różnych długościach fal autorzy obliczyli, że całkowita energia uwolniona w tym rozbłysku wyniosła około 1026 ergów. Chociaż jest to ogromna ilość energii (energia wybuchu bomby atomowej wynosi ~1021 ergów), to jednak jest ona niewielka w porównaniu z badanymi w przeszłości rozbłyskami karłów typu M, których energia wynosi ~1034 ergów. Takie niskoenergetyczne rozbłyski były intensywnie badane dla Słońca, które wytworzyło 175 takich zjawisk podczas ostatniego jedenastoletniego cyklu słonecznego. Obserwacje tego rozbłysku dają więc unikalną możliwość porównania rozbłysków słonecznych z rozbłyskami z karłów typu M.

Autorzy stwierdzili, że stosunek zarówno strumienia milimetrowego do rentgenowskiego, jak i strumienia optycznego do rentgenowskiego są znacznie większe dla rozbłysku z Proximy Centauri niż rozbłysków słonecznych. Jednak kilka wielkości, takich jak temperatura i względny czas trwania rozbłysku w różnych długościach fali, są podobne do właściwości rozbłysków słonecznych. Sugeruje to, że właściwości emisyjne rozbłysków są podobne w szerokim zakresie ich energii. Jeżeli właściwości emisji rozbłysków są takie same dla karłów typu M i Słońca, obserwacja ta może sugerować, że emisja milimetrowa powinna być również obecna we wszystkich rozbłyskach karłów typu M. To ważne, ponieważ emisja milimetrowa pomogła autorom zrozumieć naturę plazmy w otoczce karła typu M.

Zmotywowani tymi obserwacjami, autorzy kontynuują obserwacje na wielu długościach fal i szukają kolejnych rozbłysków z innych karłów typu M w różnym wieku i o różnym poziomie aktywności. Wyniki pomogą nam zrozumieć podobieństwa tych rozbłysków do ich słonecznych odpowiedników, naturę plazmy w ich otoczkach oraz ich wpływ na planety krążące wokół gwiazd.

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Więcej informacji:

Źródło: AAS

Na ilustracji: Wizja artystyczna karła typu M emitująca ogromne rozbłyski o wiele bardziej energetyczne niż słoneczne. Źródło: NASA, ESA and D. Player (STScI)

Reklama