Впервые обнаружены звездные ветры трех солнцеподобных звезд

Инфракрасное изображение ударной волны (красная дуга), созданной массивной гигантской звездой Дзета Змееносца в межзвездном пылевом облаке. Слабые ветры солнцеподобных звезд главной последовательности наблюдать гораздо труднее. Автор: NASA/JPL-Caltech; NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA); CR O'Dell, Vanderbilt University

Астросферы, звездные аналоги гелиосферы, окружающей нашу Солнечную систему, представляют собой очень горячие плазменные пузыри, выбрасываемые звездными ветрами в межзвездную среду, пространство, заполненное газом и пылью. Изучение звездных ветров звезд малой массы, подобных Солнцу, позволяет нам понять звездную и планетарную эволюцию и, в конечном итоге, историю и будущее нашей собственной звезды и Солнечной системы. Звездные ветры вызывают множество процессов, которые испаряют атмосферы планет в космос и, следовательно, приводят к потере атмосферной массы.

Хотя скорость потери атмосферы планетой за час или даже год невелика, они действуют в течение длительных геологических периодов. Потери накапливаются и могут стать решающим фактором для превращения планеты в обитаемый мир или камень без атмосферы.

Несмотря на их важность для эволюции как звезд, так и планет, ветры солнцеподобных звезд, как известно, трудно сдержать. В основном они состоят из протонов и электронов, но также содержат небольшое количество более тяжелых ионов с высоким зарядом (например, кислорода, углерода). Именно эти ионы, захватывая электроны из нейтралов межзвездной среды вокруг звезды, излучают рентгеновские лучи.

Рентгеновское изображение звезды 70 Змееносца (слева), полученное с помощью XMM-Newton, и рентгеновское излучение области («Кольца»), окружающей звезду, представлены в спектре с учетом энергии рентгеновских фотонов (справа). Большая часть излучения состоит из рентгеновских фотонов, исходящих от самой звезды, но рассеянных в пределах наблюдательного телескопа и через камеру (аппроксимируется моделью, показанной синей линией), но существует значительный вклад вокруг кислородной линии K-альфа с энергией 0,56 кэВ, который исходит от расширенного спектра астросферы, а не от звезды (этот вклад включен в красную модель). Автор: Kislyakova et al. Nature Astronomy, 10.1038/s41550-024-02222-x, 2024

Обнаружено рентгеновское излучение астросфер

Международная исследовательская группа под руководством Кристины Кисляковой, старшего научного сотрудника кафедры астрофизики Венского университета, впервые обнаружила рентгеновское излучение из астросфер вокруг трех солнцеподобных звезд, так называемых звезд главной последовательности, которые являются звездами в расцвете своей жизни и, таким образом, впервые напрямую зарегистрировали такие ветры, что позволило им наложить ограничения на скорость потери массы звезд через их звездные ветры.

Эти результаты, основанные на наблюдениях с помощью космического телескопа XMM-Newton, в настоящее время опубликованы в журнале Nature Astronomy. Исследователи наблюдали спектральные отпечатки (так называемые спектральные линии) ионов кислорода с помощью XMM-Newton и смогли определить количество кислорода и, в конечном итоге, 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 больше скорости потери массы Солнца соответственно. Это означает, что ветры от этих звезд намного сильнее солнечного ветра, что можно объяснить более сильной магнитной активностью этих звезд.

«В Солнечной системе излучение солнечного ветра в результате перезарядки наблюдалось на планетах, кометах и в гелиосфере и представляет собой естественную лабораторию для изучения состава солнечного ветра», — объясняет ведущий автор исследования Кислякова.

«Наблюдение этого излучения от далеких звезд гораздо сложнее из-за слабости сигнала. Кроме того, расстояние до звезд очень затрудняет отделение сигнала, излучаемого астросферой, от реального рентгеновского излучения сама звезда, часть которой «размазана» по полю зрения телескопа из-за инструментальных эффектов».

«Мы разработали новый алгоритм для разделения звездного и астросферного вклада в излучение и обнаружили сигналы перезарядки, исходящие от ионов кислорода звездного ветра и окружающей нейтральной межзвездной среды трех звезд главной последовательности».

«Это был первый случай, когда было обнаружено рентгеновское излучение с обменом зарядами от астросфер таких звезд. Наши расчетные скорости потери массы могут быть использованы в качестве ориентира 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 доказать наличие ветров вокруг солнцеподобных звезд и измерить их силу, но пока это лишь косвенные доказательства, основанные на их вторичности. Воздействие на звезду или ее окружающую среду намекало на существование таких ветров. Ваша группа ранее пыталась обнаружить радиоизлучение ветров, но смогла установить только верхние пределы силы ветра, не обнаруживая сами ветры».

«Наши новые результаты, основанные на рентгеновских лучах, открывают путь к обнаружению и даже непосредственному изображению этих ветров и изучению их взаимодействия с окружающими планетами».

«В будущем этот метод прямого обнаружения звездных ветров в рентгеновских лучах будет облегчен благодаря будущим инструментам высокого разрешения, таким как спектрометр X-IFU европейской миссии Athena», — объясняет исследователь CNRS Димитра Коутрумпа, соавтор исследования.

«Высокое спектральное разрешение X-IFU разрешит более тонкую структуру и коэффициент излучения линий кислорода (а также других более слабых линий), которые трудно различить с разрешением CCD XMM, и обеспечит дополнительные ограничения на механизм излучения; тепловое излучение звезд или нетепловая перезарядка в астросферах».

Больше информации: X-ray detection of astrospheres around three main-sequence stars and their mass-loss rates., Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02222-x

Источник: University of Vienna