Плазменные кольца вокруг красных карликов раскрывают новые данные об обитаемости планет

Как звезда влияет на состав своих планет? И что это означает для обитаемости далёких миров? Исследователь из Института Карнеги Люк Бома изучает новый способ исследования этого ключевого вопроса — с помощью естественных «станций космической погоды», которые вращаются как минимум вокруг 10% красных карликов (звёзд спектрального класса M) на ранних этапах их жизни. Он представил свою работу на 247-м собрании Американского астрономического общества, а статья также опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

Художественное изображение космической погоды вокруг красного карлика TIC 141146667. Тор ионизированного газа формируется магнитным полем и вращением звезды, с двумя плотными сгустками по разные стороны от звезды. Автор: Навид Марви, Институт Карнеги.

Большинство красных карликов — которые меньше, холоднее и тусклее нашего Солнца — имеют как минимум одну каменистую планету размером с Землю. Многие из них негостеприимны: слишком горячи для жидкой воды или атмосферы, либо подвержены частым звёздным вспышкам и интенсивному излучению. Однако они всё же могут служить интересными лабораториями для понимания множества способов, которыми звёзды формируют окружающую среду своих планет.

«Звёзды влияют на свои планеты. Это очевидно. Они делают это как через свет, который мы хорошо умеем наблюдать, так и через частицы — или космическую погоду — такие как звёздный ветер и магнитные бури, которые изучать на больших расстояниях сложнее», — пояснил Бома. «И это очень досадно, потому что мы знаем, что в нашей собственной Солнечной системе частицы иногда могут быть важнее для того, что происходит с планетами».

Но астрономы не могут установить станцию космической погоды вокруг далёкой звезды. Или всё же могут?

Художественная концепция космической погоды вокруг красного карлика TIC 141146667 с показанными линиями магнитного поля. Автор: Навид Марви, Институт Карнеги.

Совместно с Мойрой Жардин из Университета Сент-Эндрюс Бома сосредоточился на странном типе красных карликов, называемых комплексными периодическими переменными. Это молодые, быстро вращающиеся звёзды, наблюдения за которыми показывают периодические падения яркости. Астрономы не были уверены, вызваны ли эти провалы звёздными пятнами или материалом, вращающимся вокруг звезды.

«Долгое время никто не мог понять, что представляют собой эти странные кратковременные потускнения», — сказал Бома. «Но нам удалось показать, что они могут рассказать нам что-то о среде прямо над поверхностью звезды».

Бома и Жардин ответили на этот вопрос, создав «спектроскопические фильмы» одной из таких звёзд. Им удалось продемонстрировать, что это большие сгустки холодной плазмы, захваченные магнитосферой звезды — по сути, они увлекаются магнитным полем звезды, формируя форму, похожую на пончик, называемую тором.

«Как только мы это поняли, провалы в яркости перестали быть странными маленькими загадками и превратились в станцию космической погоды», — объяснил Бома. «Плазменный тор даёт нам способ узнать, что происходит с материалом вблизи этих звёзд, включая то, где он сосредоточен, как движется и насколько сильно на него влияет магнитное поле звезды».

Бома и Жардин оценивают, что как минимум 10% красных карликов могут иметь подобные плазменные образования на ранних этапах своей жизни. Таким образом, эти «станции космической погоды» могут помочь астрономам многое узнать о том, как частицы от звёзд влияют на условия на планетах. В дальнейшем Бома надеется выяснить, откуда берётся материал в торе — от самой звезды или из внешнего источника.

«Это отличный пример случайного открытия, того, что мы не ожидали найти, но что даст нам новое окно в понимание взаимоотношений звезды и планеты», — заключил Бома. «Мы ещё не знаем, являются ли какие-либо планеты, вращающиеся вокруг красных карликов, гостеприимными для жизни, но я уверен, что космическая погода будет важной частью ответа на этот вопрос».

Интересный факт: Красные карлики составляют около 75% всех звёзд в нашей галактике Млечный Путь, что делает их самой распространённой категорией звёзд. Несмотря на их распространённость, поиск жизни на планетах вокруг них осложнён высокой активностью и мощными вспышками в молодости, которые могут сдувать атмосферы с близлежащих миров. Исследования, подобные работе Бомы, помогают оценить, как долго планеты могут сохранять условия, потенциально пригодные для жизни, в таких суровых условиях.