Wiemy, że gwiazdy w Drodze Mlecznej emitują ekstremalnie silne rozbłyski. Natomiast na Ziemi cieszymy się względnie łagodną pogodą kosmiczną. Badania kiedy i gdzie powstają rozbłyski gwiazdowe mogą pomóc wyjaśnić, czy Słońce jest niezwykle spokojne w porównaniu do innych podobnych gwiazd lub czy ekstremalnych rozbłysków słonecznych należy oczekiwać w przyszłości ?
Gwiazdy bliskie i dalekie
Obserwujemy wiele gwiazd emitujących ekstremalne rozbłyski. Są to gwałtowne emisje promieniowania elektromagnetycznego w całym zakresie widma, które są nawet 10 tysięcy razy silniejsze niż typowy rozbłysk słoneczny. Nie wiemy, dlaczego w wielu gwiazdach podobnych do Słońca występują ekstremalne rozbłyski, podczas gdy na naszym Słońcu ich nie ma.
Uważa się, że zarówno rozbłyski słoneczne jak i ekstremalne rozbłyski gwiazdowe są związane z względnie chłodnymi i ciemnymi obszarami, gdzie linie sił pola magnetycznego gwiazdy wychodzą na powierzchnię, które nazywa się plamami słonecznymi lub gwiazdowymi.
Zdjęcie plamy słonecznej w dużym powiększeniu wykonane przez Teleskop Słoneczny im D.K.Inouye na Hawajach. Dla zobrazowania skali zdjęcia został naniesiony kontur USA. Źródło: NSO/AURA/NSF
W jaki sposób możemy badać plamy na gwiazdach odległych o setki lat świetlnych?
Tutaj egzoplanety mogą odgrywać istotną rolę – gdy przechodzą na tle tarczy gwiazdy, to mogą również przesłaniać plamy. Ponieważ plamy są chłodniejsze niż otaczająca je powierzchnia gwiazdy, więc na krzywej blasku gwiazdy będzie widać mały garb, gdy przesłoni ją planeta (przykład na poniższym rysunku). Dopasowując modele do zmian jasności w krzywej blasku obserwowanego tranzytu można oszacować właściwości przesłanianych plam i sprawdzić, czy większe plamy są odpowiedzialne za bardziej energetyczne rozbłyski.
Górny panel: syntetyczny obraz tarczy gwiazdy Kepler-411, gdzie zaznaczono trzy planety (b,c,d). Dolny panel: krzywa blasku tranzytu egzoplanety Kepler-411c, gdzie linia czerwona reprezentuje najlepsze dopasowanie. Pionową przerwaną linią oznaczono położenie plamy gwiazdowej w krzywej blasku. Zwróćmy uwagę, że przesłonięcie plamy na powierzchni gwiazdy Kepler-411 przez egzoplanetę Kepler-411c powoduje względny spadek jasności zaledwie ~0,0008. Oprac na podstawie A.Araújo & A.Valio 2021 ApJL 922 L23
Kepler patrzy na układ gwiezdny
Astronomowie Alexandre Araújo and Adriana Valio (Mackenzie Presbyterian University, Brazylia) zastosowali tą metodę do gwiazdy Kepler-411, która jest nieco mniejszą i chłodniejszą gwiazdą niż Słońce (typ widmowy K2V), aby zrozumieć związek pomiędzy obfitością plam gwiazdowych i częstością występowania ekstremalnych rozbłysków. Kepler-411 posiada 3 potwierdzone tranzytujące planety (jedna super-ziemia i dwa mini-neptuny), które pozwalają odkryć plamy na szerokościach: -11°, -21° i -49°.
Podczas 590 dni obserwacyjnych zrealizowanych przez Kosmiczny Teleskop Keplera zaobserwowano 176 tranzytów trzech planet tego układu i 198 zakryć plam na tarczy gwiazdy Kepler-411. Astronomowie oszacowali, że plamy gwiazdowe mają średnio 34000 km średnicy – co odpowiada szerokości planet Ziemia+Wenus+Mars umieszczonych obok siebie. Zespół zarejestrował również 65 ekstremalnych rozbłysków w krzywej blasku gwiazdy Kepler-411, z których najbardziej energetyczny był ~200 razy silniejszy od najsilniejszego rozbłysku słonecznego kiedykolwiek zarejestrowanego.
Powierzchnia plam (górny panel) i energia rozbłysków (dolny panel) w ciągu 590 dni obserwacji są przedstawione za pomocą niebieskich gwiazdek. Czerwona linia reprezentuje 21-dniową średnią krocząca dla każdego wykresu. Jest to wynik analizy 198 zakryć plam na powierzchni gwiazdy Kepler-411 przez 3 planet tego układu. Źródło: A.Araújo & A.Valio 2021 ApJL 922 L23
Możliwa korelacja
Czy większe plamy na powierzchni gwiazd generują silniejsze rozbłyski ?
Być może - autorzy publikacji znaleźli korelację pomiędzy powierzchnią plam na gwieździe Kepler-411 i energią rozbłysków. Ale zależy to od sposobu uśredniania obserwacji. Korelacja występuje, gdy obserwacje są uśredniane dla okresów 16-35 dni – przy czym najsilniejsza korelacja dotyczy okresu 21 dni, który niemal dokładnie odpowiada dwóm okresom rotacji gwiazdy. Natomiast korelacja znika lub odwraca się, gdy uśrednienie dotyczy innych okresów. Astronomowie przypuszczają, że periodyczność 21 dni może być związana z typowym czasem życia plamy na powierzchni gwiazdy Kepler-411.
Konieczne są dalsze badania naukowe, aby zrozumieć związek pomiędzy plamami na powierzchni gwiazd i ekstremalnymi rozbłyskami, ponieważ ta metoda pozwala mierzyć plamy tylko na kilku szerokościach rotującej gwiazdy, podczas gdy rozbłyski mogą powstawać w dowolnym aktywnym obszarze gwiazdy. Jeżeli będziemy mieli szczęście, to wypatrzymy egzoplanetę przechodzącą na tle gwiezdnej plamy podczas rozbłysku, co pozwoli dokładnie określić pozycję rozbłysku.
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
Publikacja naukowa (dostęp otwarty): „Kepler-411 Star Activity: Connection between Starspots and Superflares” Alexandre Araújo and Adriana Valio 2021 ApJL 922 L23. doi:10.3847/2041-8213/ac3767
Źródło: AAS
Na ilustracji: tranzyty egzoplanet, podobnie jak pokazany tutaj tranzyt Wenus na tle Słońca w dn. 5-6 czerwca 2012 r., pozwalają na badania plam na powierzchni odległych gwiazd takich jak np. Kepler-411. Źródło: NASA/Solar Dynamics Observatory
