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银河系最耀眼,引发恒星超级耀斑的原因受到质

2019-11-12 作者:科技中心   |   浏览(160)

近期发表在《皇家天文学会月报》的一篇论文显示,一颗与木星大小相仿的超冷恒星爆发出了比太阳耀斑强大十倍的耀斑。在科学家目前发现的能够爆发这种罕见超级耀斑的恒星中,这颗恒星温度最低、体积最小,甚至在某种程度上根本不算一颗恒星。

恒星超级耀斑的想象图

恒星内部产生的磁场能量突然释放会形成耀斑,并产生大量的可见光、紫外线和X射线辐射。通常认为,随着质量降低,恒星的活动会减弱。

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一颗明亮恒星上的巨大喷发也许并不需要由一颗“热木星”引发。

研究人员表示,如此小的一颗恒星竟能产生如此强大的爆炸,这一发现将迫使科学家重新思考小恒星如何在磁场中储存能量。研究人员现在正在寻找其他微小恒星发出的巨大耀斑。

当等离子体物质被加热至数千万K的温度时,电子、质子和更重的离子会被加速至接近光速,产生电磁频谱中所有波长的电磁辐射(从无线电波到伽马射线)。不过,由于绝大部分能量在可见光范围之外,因此绝大多数耀斑是肉眼不可见的,需要通过不同的仪器观测不同频率的辐射。历史上最强大的耀斑也是首次被观察到的太阳耀斑出现在1859年9月1日,被称为“1859年太阳风暴”。该耀斑可以用肉眼看见,并且在古巴和夏威夷等热带区域产生令人惊叹的极光。

图片 2 一颗近距离环绕明亮恒星运转的行星上看到的超级耀斑。黑色区域表示星斑,它们比太阳上一般大小的太阳黑子大很多;右下方的白色团状物描绘的是超级耀斑。 “超级耀斑”不可小瞧,它们可不仅仅是七十年代流行的裤子式样,这种巨型的恒星爆发使太阳上大部分能量喷发都相形见绌。 10多年来,天文学家们认为这种爆发是由恒星与一颗木星大小的行星之间的磁场相互作用造成的,这颗行星由于近距离环绕本地恒星运转而温度颇高。但是美国国家航空航天局的开普勒太空望远镜显示,当强磁场变化在一颗明亮恒星上引燃了大爆发时,缠绕旋转的木星类行星的存在似乎并不是必要条件。这项研究的结果由一组日本科学家发布在5月16日《自然》杂志网站。 “这个现象的默认构想图中,应当有一颗热木星存在,”来自路易斯安那州立大学的天体物理学家布拉德利·沙佛说,“没有可以替代的理论。” 沙佛猜测,也许一颗存在于地球与水星之间连线上的小型近距离环绕的行星——它可能很难被探测到——可以在行星的宿主恒星上引发超级耀斑。 之前关于超级耀斑的研究都相当困难:它们转瞬即逝又相当罕见,并且爆炸产生的光度变化非常微小。但是开普勒太空望远镜锁定了一片有16万颗恒星的区域,它是探测这类爆发最佳的工具。 日本京都大学的一组天文学家通过研究开普勒太空望远镜所指向的一片区域中大约8万3千颗类似太阳的恒星的光度起伏变化估算出超级耀斑的数据。在超过120天的时间内,研究人员在148颗恒星上发现了365个超级耀斑出现的证据,它们的平均爆发持续时间是几个小时。闪耀的星光意味着带有星斑(星斑是与磁场过度活跃的太阳黑子相同的现象)的恒星产生了耀斑。“这些恒星上有比太阳黑子更大的星斑,”天文学家也是论文的合著者前原裕之如是说。 尽管前原与他的同事可以将耀斑与磁场集中区域联系起来,他们的小组却没有在星光的峰值和谷值中探测到任何行星出没的特征。 “这似乎是一项非常成功且严谨的研究,”技术开发公司“图像内涵”(ImageInsight)的总裁埃里克·鲁本斯坦说道。上世纪九十年代,他在耶鲁大学时参与创建了热木星的假说。鲁本斯坦认为,如果恒星的伴星并不是一颗热木星,他也不会担心。“无论这颗伴星是什么,最重要的是这颗伴星是怎样与恒星的磁场相互影响的。”他说,“任何大小的行星都可以。” 恒星与行星之间所产生的复杂缠绕的磁场连接是造成超级耀斑出现的原因——这种连接由于行星环绕运转而被扭曲、拉扯并被压迫至临界点。随着压力增大,这种连接会像一条破损的橡皮圈一样突然断掉,磁场将弹回至恒星表面并引发强烈的喷发。“我们坚信这是某种类型的磁场活动,”鲁本斯坦说。 沙佛说,太阳上的超级耀斑会损坏地球卫星——这个现象并不是所有人都能注意到的,因为地球上的电力网也可以产生同样的效果。但是太阳不太可能向地球喷射如此巨大的能量。 这种耀斑如何影响遥远行星系统的生命?我们现在只能猜测。但毫无疑问,触发超级耀斑的行星将惨烈地终结生命:行星会逐渐向宿主恒星靠拢,因为形成耀斑会消耗掉一部分行星轨道能量。“大约十亿年后,行星将被毁灭,”沙佛说。

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没有证据显示太阳系在过去曾经发生过超级耀斑,当太阳年轻的时候,因为自转很快,它非常活跃,并且可能产生过更强大的耀斑,但我们不知道这样大规模的耀斑是否在现代的太阳上发生,即使频率非常低,超级耀斑虽然是罕见的事件,但我们有可能在未来100年左右经历这样的事件。

太阳耀斑

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为了寻找答案,国际研究团队求助于欧洲空间局的盖亚太空望远镜和新墨西哥州阿帕契点天文台的数据,在一系列研究中,研究小组利用这些仪器列出了来自43颗类太阳恒星的超级耀斑事件。然后,研究人员对这些罕见事件进行了严格的统计分析。

研究人员称这些巨大的能量爆发为“超级耀斑”,太阳表面典型大小的耀斑很常见,但开普勒望远镜的数据显示,超级耀斑的规模似乎要大得多,比地球上用现代仪器记录的最大耀斑的威力要大上几百到几千倍。

虽然我们还无法确定下一次太阳的超级耀斑将于何时降临地球,但这只是时间问题,而不是是否发生的问题,不过,人类有一定的时间来准备,保护地面和轨道上的电子设备免受太空辐射的威胁。

太阳耀斑发生的频率随着平均11年的活动周期变动,太阳活跃期时可达一天数个,平静期时则一星期不到一个。大型耀斑的出现频率远小于小的耀斑。太阳耀斑发射的X射线和紫外线辐射会影响地球的电离层,扰乱远距离的无线电通讯;分米波长的电波辐射则会直接干扰雷达和使用这些波长的仪器设备。太阳耀斑还会强烈影响地球附近的太空天气,引发太阳质子事件,影响地球的磁气圈并威胁宇航员和航天器。

然而,一项新的研究表明,超级耀斑也可以发生在像太阳这样更古老、安静的恒星上,只不过更加罕见,或者说大约几千年一发生一次,该研究结果应当为我们星球上的生命敲响警钟。如果太阳爆发超级耀斑,地球就很可能处于高能辐射波的路径上。这样的爆发可能会破坏全球的电子设备,造成大面积停电,并导致地球轨道上的通讯卫星短路。

如果超级耀斑发生在1000年前,那可能不是什么大问题,人们可能会看到壮观的极光,但如果是现在,由于我们使用的各种电子产品,就成为一个很大的问题。

在这项研究中,恒星的年龄有着至关重要的意义。根据计算,年轻恒星产生的超级耀斑最多,而像太阳这样的年老恒星(已经有46亿年的历史),产生超级耀斑的频率就低得多,年轻的恒星大约每星期发生一次超级耀斑,对于太阳来说,它平均几千年才出现一次。

这就自然而然地引出了一个问题:超级耀斑是否也会发生在离我们最近的太阳上?

耀斑是太阳盘面或边缘观测到的突发闪光现象,能释放出巨大的能量,并且通常伴随日冕物质抛射等事件。耀斑通常在磁场较强、较活跃的活能层爆发,会影响太阳的所有大气层。

北京时间7月2日消息,据国外媒体报道,近年来,探测银河系边缘的天文学家观测到了银河系中一些最耀眼的“烟火表演”——超级耀斑(superflare)。超级耀斑又称超级闪焰,当这类事件发生时,恒星喷发出巨大的能量,其亮度急剧增加,从数百光年之外的地方都可以看到。科学家至今仍不明白其中的原因。直到不久前,研究人员还认为,这样的爆发主要出现在那些年轻、活跃的恒星上,而不是类似太阳的恒星。

科学家最初发现这一现象是从一个不太可能的地方:开普勒太空望远镜。美国国家航空航天局的这台太空望远镜于2009年发射,目的是寻找环绕其他恒星运行的类地行星。不过,开普勒望远镜也发现了这些恒星本身的一些奇怪之处:极少数情况下,来自遥远恒星的光似乎突然会变得更亮,甚至是瞬间变得更亮。

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