Astrofizycy byli w stanie określić ilościowo utratę masy gwiazd na skutek wiatrów gwiazdowych.
Międzynarodowy zespół badawczy po raz pierwszy bezpośrednio wykrył wiatry gwiazdowe trzech gwiazd podobnych do Słońca, rejestrując emisję promieniowania rentgenowskiego z ich atmosfer, a także określił tempo utraty masy przez gwiazdy za pośrednictwem ich wiatrów gwiazdowych.
Astrosfery, gwiezdne odpowiedniki heliosfery otaczającej nasz Układ Słoneczny, to bardzo gorące pęcherzyki plazmy wydmuchiwane przez wiatry gwiazdowe do ośrodka międzygwiazdowego, przestrzeni wypełnionej gazem i pyłem. Badanie wiatrów gwiazdowych gwiazd o niskiej masie podobnych do Słońca pozwala nam zrozumieć ewolucję gwiazd i planet, a ostatecznie historię i przyszłość naszej własnej gwiazdy i Układu Słonecznego. Wiatry gwiazdowe napędzają wiele procesów, które powodują wyparowanie atmosfer planetarnych w przestrzeń kosmiczną, a tym samym prowadzą do utraty masy atmosferycznej.
Chociaż współczynniki ucieczki z planet w ciągu godziny lub nawet roku są niewielkie, działają one w długich okresach geologicznych. Straty kumulują się i mogą być czynnikiem decydującym o tym, czy planeta przekształci się w nadający się do zamieszkania świat, czy w pozbawioną powietrza skałę. Pomimo ich znaczenia dla ewolucji zarówno gwiazd, jak i planet, wiatry gwiazd podobnych do Słońca są niezwykle trudne do powstrzymania. Składają się one głównie z protonów i elektronów, ale zawierają również niewielką ilość cięższych, silnie naładowanych jonów (np. tlenu, węgla). To właśnie te jony, wychwytując elektrony z neutralnego ośrodka międzygwiazdowego wokół gwiazdy, emitują promieniowanie rentgenowskie.
Wykryto emisję promieniowania rentgenowskiego z astrosfer
Międzynarodowy zespół kierowany przez Kristinę Kislyakovą, starszego pracownika naukowego na Wydziale Astrofizyki Uniwersytetu Wiedeńskiego, po raz pierwszy wykrył emisję promieniowania X z astrosfer wokół trzech gwiazd podobnych do Słońca, tak zwanych gwiazd ciągu głównego, które są gwiazdami w początkowym okresie swojego życia, a tym samym po raz pierwszy bezpośrednio zarejestrował takie wiatry. co pozwoliło im na określenie tempa utraty masy gwiazd poprzez ich wiatry gwiazdowe.
Wyniki te, oparte na obserwacjach za pomocą teleskopu XMM-Newton, zostały opublikowane w Nature Astronomy. Naukowcy zaobserwowali spektralne odciski palców (tzw. linie widmowe) jonów tlenu i byli w stanie określić ilość tlenu, a ostatecznie całkowitą masę wiatru gwiazdowego emitowanego przez gwiazdy. W przypadku trzech gwiazd z wykrytymi astrosferami, nazwanych 70 Ophiuchi, epsilon Eridani i 61 Cygni, naukowcy oszacowali, że ich tempo utraty masy wynosi odpowiednio 66,5 +/- 11,1, 15,6 +/- 4,4 i 9,6 +/- 4,1 razy więcej niż tempo utraty masy przez Słońce. Oznacza to, że wiatry pochodzące z tych gwiazd są znacznie silniejsze niż wiatr słoneczny, co można wyjaśnić silniejszą aktywnością magnetyczną tych gwiazd.
W Układzie Słonecznym emisja wymiany ładunku wiatru słonecznego została zaobserwowana z planet, komet i heliosfery i stanowi naturalne laboratorium do badania składu wiatru słonecznego, wyjaśniła Kristina Kislyakova, główna autorka badania. Obserwacje tej emisji z odległych gwiazd jest znacznie trudniejsze ze względu na słaby sygnał. Ponadto odległość do gwiazd sprawia, że bardzo trudno jest oddzielić sygnał emitowany przez astrosferę od rzeczywistej emisji rentgenowskiej samej gwiazdy, której część jest „rozproszona” w polu widzenia teleskopu z powodu efektów instrumentalnych. Opracowaliśmy nowy algorytm, aby oddzielić gwiezdny i astrosferyczny wkład do emisji i wykryliśmy sygnały wymiany ładunku pochodzące z jonów tlenu wiatru gwiazdowego i otaczającego neutralnego ośrodka międzygwiazdowego trzech gwiazd ciągu głównego. Jest to pierwszy przypadek wykrycia rentgenowskiej emisji wymiany ładunku z astrosfer takich gwiazd. Oszacowane przez nas tempo utraty masy może być wykorzystane jako punkt odniesienia dla modeli wiatrów gwiazdowych i poszerzyć nasze ograniczone dowody obserwacyjne dla wiatrów gwiazd podobnych do Słońca.
Współautor publikacji, Manuel Güdel, również z Uniwersytetu Wiedeńskiego, dodał: Przez trzy dekady na całym świecie podejmowano wysiłki, aby potwierdzić obecność wiatrów wokół gwiazd podobnych do Słońca i zmierzyć ich siłę, ale jak dotąd tylko pośrednie dowody oparte na ich wtórnym wpływie na gwiazdę lub jej otoczenie wskazywały na istnienie takich wiatrów; nasza grupa wcześniej próbowała wykryć emisję radiową z wiatrów, ale mogła jedynie określić górne limity siły wiatrów, nie wykrywając samych wiatrów. Nasze nowe wyniki oparte na promieniowaniu rentgenowskim torują drogę do znalezienia, a nawet bezpośredniego obrazowania tych wiatrów i badania ich interakcji z otaczającymi planetami.
W przyszłości ta metoda bezpośredniego wykrywania wiatrów gwiazdowych w promieniowaniu X będzie łatwiejsza dzięki przyszłym instrumentom o wysokiej rozdzielczości, takim jak spektrometr X-IFU europejskiej misji Athena. Wysoka rozdzielczość spektralna spektrometru X-IFU pozwoli uchwycić dokładniejszą strukturę i stosunek emisji linii tlenu (a także innych słabszych linii), które są trudne do rozróżnienia przy rozdzielczości CCD XMM, i zapewni dodatkowe ograniczenia dotyczące mechanizmu emisji; emisja termiczna z gwiazd lub nietermiczna wymiana ładunków z astrosfer – wyjaśniła Dimitra Koutroumpa, badaczka z CNRS, współautorka badania.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Stellar winds of three sun-like stars detected for the first time
- X-ray detection of astrospheres around three main-sequence stars and their mass-loss rates
Źródło: Uniwersytet Wiedeński
Na ilustracji: Zdjęcie w podczerwieni fali uderzeniowej (czerwony łuk) utworzonej przez masywnego olbrzyma Zeta Ophiuchi w międzygwiezdnym obłoku pyłu. Wątłe wiatry gwiazd ciągu głównego podobnych do Słońca są znacznie trudniejsze do zaobserwowania. Źródło: NASA/JPL-Caltech; NASA oraz zespół Hubble Heritage (STScI/AURA); C. R. O'Dell, Vanderbilt University
