Звезда TRAPPIST-1: капризы маленькой, но вспыльчивой звезды
Звезда TRAPPIST-1, расположенная в созвездии Водолея примерно в 40 световых годах от Земли, примерно шесть раз в день выбрасывает вспышки энергии, известные как «вспышки». Это небольшое небесное тело ведёт себя как ребёнок перед сном: непредсказуемо и капризно.
Новое исследование, проведённое под руководством Университета Колорадо в Боулдере, позволяет глубже понять физические процессы, стоящие за этими вспышками. Учёные использовали данные космического телескопа Джеймса Уэбба NASA и компьютерное моделирование для изучения механизмов возникновения вспышек на TRAPPIST-1.
Исследователи обнаружили, что сначала звезда накапливает магнитную энергию, а затем высвобождает её, запуская цепочку событий, которые выбрасывают излучение глубоко в космос. Результаты исследования могут помочь учёным понять, как звезда TRAPPIST-1 влияет на свои планеты, возможно, радикальным образом.
Команда опубликовала свои выводы в журнале The Astrophysical Journal Letters.
«Мы считаем, что ближайшие к TRAPPIST-1 планеты — это просто голые, лишённые атмосферы камни, потому что звезда унесла их атмосферы», — сказал Уорд Ховард, ведущий автор исследования и научный сотрудник NASA в Департаменте астрофизических и планетарных наук (APS) в CU Boulder.
Особенности звезды TRAPPIST-1
Масса TRAPPIST-1 составляет менее 10% массы Солнца, и она лишь немного больше планеты Юпитер. Однако вокруг неё вращается семь планет размером с Землю, три из которых находятся в так называемой «обитаемой зоне» — области пространства, где могут быть подходящие температуры для образования жидкой воды на поверхности планеты.
Но есть одна большая проблема: учёным сложно получить чёткое представление об этих планетах из-за нестабильной активности звезды.
«Когда учёные только начали наблюдать за TRAPPIST-1, мы не ожидали, что большинство наших наблюдений будут затруднены из-за этих крупных вспышек», — сказал Ховард.
Изучение вспышек
Изучение вспышки похоже на расследование места преступления. Учёные могут видеть последствия вспышки — например, большую вспышку света. Телескоп Уэбба, например, фиксирует, сколько инфракрасного излучения (тепла) звезда излучает во время вспышки.
Но тот же космический телескоп не может сказать, кто виноват. Ховард сказал, что все звёзды, от TRAPPIST-1 до нашего Солнца, окружены магнитными полями. Эти магнитные поля искривляются и изгибаются, образуя нечто похожее на миску с лапшой. Они также формируют плазму — сверхгорячий газ, состоящий из заряженных частиц, во внешней атмосфере звезды.
Иногда эти магнитные поля могут запутаться слишком сильно. Когда это происходит, поля разрываются, и пучок электронов мчится через атмосферу звезды. Этот пучок и является причиной вспышки.
«Эти пучки продолжают движение вниз в звёздную атмосферу, где они сталкиваются с плазмой и нагревают её», — сказал Ховард. «И как только у вас есть достаточно горячая плазма, она начинает светиться».
Чтобы разгадать тайну вспышек TRAPPIST-1, Ховард и его коллеги проанализировали данные о шести вспышках, собранных телескопом Уэбба в 2022 и 2023 годах.
Исследователи обратились к новой сетке моделей, описывающих физику вспышек, разработанной Адамом Ковальски, доцентом APS, который также является соавтором текущего исследования. Модели используют ряд сложных уравнений, чтобы, по сути, отмотать время назад для этих вспышек. Если исследователи обнаружат вспышку, исходящую от TRAPPIST-1, они смогут использовать модели, чтобы предсказать, какой пучок электронов вызвал эту вспышку.
Знание об этих пучках электронов может открыть ряд возможностей для учёных, изучающих TRAPPIST-1, сказал Ховард.
Для начала его команда обнаружила, что вспышки TRAPPIST-1 кажутся на удивление слабыми. Большинство вспышек от подобных звёзд, для сравнения, производятся пучками электронов примерно в 10 раз более сильными.
«Эти вспышки были немного слабее, чем мы ожидали», — сказал Ховард.
Он добавил, что те же самые пучки электронов, которые производят инфракрасное излучение, видимое Уэббом, также генерируют широкий спектр других видов излучения — от видимого света до ультрафиолетового излучения и мощных рентгеновских лучей. Исследование группы позволит учёным изучить весь спектр излучения, исходящего от вспышек TRAPPIST-1. Эта информация может помочь исследователям понять, как эти события могут изменить химию атмосферы соседних планет.
Учёные подозревают, что одна из планет в обитаемой зоне TRAPPIST-1, названная TRAPPIST-1e, может иметь намёк на атмосферу, похожую на земную, — возможный признак обитаемости.
«Если мы сможем смоделировать эти события с помощью компьютерной модели, мы сможем реконструировать, как вспышка может повлиять на радиационную среду вокруг каждой из этих планет», — сказал Ховард.