NASA)/NASA/SDO/AIA/JHelioviewer/D. Müller
Astronomowie po raz pierwszy twierdzą, że zaobserwowali gigantyczną eksplozję gwiazdy spoza naszego Układu Słonecznego. Wybuch ten był pod pewnymi względami podobny do tych wywołanych przez nasze Słońce, takich jak burze słoneczne, które w zeszłym tygodniu uświetniły nocne niebo zorzami polarnymi na Ziemi, ale na znacznie większą – i złowieszczą – skalę.
Według najnowszych badań, potężna eksplozja nie wywołałaby kolorowych zorzy polarnej, a miałaby raczej potencjalnie katastrofalne skutki dla pobliskich planet.
Prawdopodobną przyczyną eksplozji był koronalny wyrzut masy, czyli CME. W naszym Układzie Słonecznym zjawisko to występuje w postaci dużej chmury zjonizowanego gazu, zwanej plazmą, oraz pól magnetycznych, które wybuchają z zewnętrznej atmosfery Słońca.
Gdy takie wybuchy są wystarczająco duże, by dotrzeć do Ziemi, mogą powodować zjawiska pogodowe w kosmosie, czyli poważne zaburzenia pola magnetycznego naszej planety.
Te potężne burze słoneczne wywołują zorze polarne na biegunach Ziemi, ale mogą również zakłócać komunikację, sieć energetyczną i działanie satelitów.
Astronomom nigdy nie udało się wykryć koronalnego wyrzutu masy z innej gwiazdy – aż do teraz. Naukowcy opisali to przełomowe odkrycie w badaniu opublikowanym w środę w czasopiśmie Nature.
Gwiazda o nazwie StKM 1-1262 jest czerwonym karłem znajdującym się około 130 lat świetlnych od Ziemi.
Burza gwiezdna rozpętała się z zawrotną prędkością 5,3 miliona mil na godzinę (2400 kilometrów na sekundę). Według autorów badania, taką prędkość odnotowano zaledwie w około 1 na 2000 koronalnych wyrzutów masy emitowanych przez nasze Słońce.
„Gwiazda zachowuje się jak niezwykle namagnesowany, wrzący zbiornik plazmy. Ten rozbłysk jest od 10 do 100 tysięcy razy silniejszy niż najsilniejszy, jaki może wytworzyć Słońce” – napisał w e-mailu współautor badania, Cyril Tasse, adiunkt w Obserwatorium Paryskim. „To otwiera okno na pozasłoneczną pogodę kosmiczną”.
Gęsty, gwałtowny wybuch materii wyrzucony z gwiazdy był na tyle silny, że mógł zerwać atmosferę z blisko krążącej planety.
Zrozumienie, w jaki sposób gwałtowna aktywność gwiazd wpływa na egzoplanety, jest kluczowe dla astronomów, którzy chcą ustalić, czy jakakolwiek planeta poza naszym Układem Słonecznym jest potencjalnie przyjazna dla życia.
Poszukiwanie eksplozji gwiezdnych
Kiedy gwiazda uwolni w przestrzeń kosmiczną masę koronalną, powstaje wiązka fal radiowych, która przechodzi przez zewnętrzną atmosferę gwiazdy, zwaną koroną.
„To silne podmuchy wiatru gwiezdnego, które poruszają się szybciej niż prędkość dźwięku w otaczającej przestrzeni międzyplanetarnej, tworząc falę uderzeniową porównywalną z hukiem dźwiękowym myśliwca” – powiedział Mark Miesch, naukowiec z Centrum Prognoz Pogody Kosmicznej Narodowej Agencji Oceanów i Atmosfery (NOAA). Miesch nie brał udziału w badaniu.
Naukowcy wykryli sygnał radiowy, korzystając z nowego oprogramowania analitycznego do analizy nieba, przeprowadzonego prawie 10 lat temu przez radioteleskop Low Frequency Array, czyli LOFAR. LOFAR składa się z tysięcy anten w Holandii i całej Europie, tworząc jeden duży radioteleskop.
„Ten rodzaj sygnału radiowego po prostu nie istniałby, gdyby materia całkowicie nie opuściła bańki silnego magnetyzmu gwiazdy” – powiedział główny autor badania, dr Joe Callingham, adiunkt w Instytucie Astronomii im. Antona Pannekoeka na Uniwersytecie Amsterdamskim. „Innymi słowy, jest on spowodowany wyrzutem koronalnym”.
Tasse i współautor badania, Philippe Zarka, starszy naukowiec w Obserwatorium Paryskim, opracowali nową technikę analizy, zwaną radiointerferometryczną spektroskopią multipleksową (RIMS). Opiera się ona na długościach fal światła rejestrowanych przez tysiące gwiazd, aby je monitorować i określać, jak zmieniały się w czasie, powiedział Tasse.
„Chodziło o próbę wykrycia sygnałów radiowych z gwiazd i egzoplanet” – powiedział Tasse. „To idealna technika dla koronalnych wyrzutów masy, które ewoluują w skali minut, dlatego potrzebny jest ciągły monitoring o wysokiej rozdzielczości czasowej”.
Sygnał wykryty przez RIMS był rozbłyskiem radiowym typu II, co sugeruje, że gorący gaz unosi się z gwiazdy w przestrzeń kosmiczną. W przeciwieństwie do szybkich rozbłysków radiowych, które są milisekundowymi błyskami światła o wątpliwym pochodzeniu, rozbłysk radiowy typu II trwa kilka minut, powiedział Callingham.
„Przemiatanie koduje gęstość materii podczas przemieszczania się CME na zewnątrz” – powiedział Callingham. „Więc na podstawie rozbłysku radiowego możemy nie tylko stwierdzić, że gwiazda utraciła masę, ale także określić parametry fizyczne, takie jak gęstość”.
Zespół wykorzystał dane z misji XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej, wysłanej w 1999 r., aby zmierzyć temperaturę, rotację i jasność gwiazdy za pomocą promieni rentgenowskich.
„Potrzebowaliśmy czułości i częstotliwości LOFAR-a, aby wykryć fale radiowe” – powiedział w oświadczeniu współautor badania, David Konijn, doktorant w Holenderskim Instytucie Radioastronomii. „A bez XMM-Newton nie bylibyśmy w stanie określić ruchu wyrzutu koronalnego ani umieścić go w kontekście słonecznym, co jest kluczowe dla potwierdzenia naszych odkryć. Żaden z teleskopów sam w sobie nie byłby wystarczający – potrzebowaliśmy obu”.
Wykrywanie koronalnych wyrzutów masy z innych gwiazd okazało się trudne, ponieważ są one po prostu zbyt daleko, aby bezpośrednio obserwować to zjawisko, powiedział Callingham. Chociaż pojawiły się już wcześniejsze sygnały koronalnych wyrzutów masy z innych gwiazd, często można je było wytłumaczyć inną aktywnością, taką jak silne rozbłyski, i nie było żadnych jednoznacznych detekcji, dodał Tasse.
„Wcześniejsze dowody na występowanie koronalnych wyrzutów masy w przypadku innych gwiazd dotyczyły głównie wczesnych etapów zjawiska, gdy plazma po raz pierwszy odrywa się od gwiazdy” – powiedział Miesch.
Jednak dzięki zastosowaniu czułego teleskopu, takiego jak LOFAR, i poszukiwaniu charakterystycznego sygnału radiowego, udało się dokonać bezpośredniego odkrycia – powiedział Callingham.
Miesch powiedział, że sygnatura emisji pokrywa się ze znanymi sygnaturami rozbłysków radiowych typu II pochodzących z CME na Słońcu.
Wyraźne wykrycie gwiezdnego rozbłysku radiowego typu II od dawna jest poszukiwane jako wskaźnik koronalnych wyrzutów masy z innych gwiazd, powiedział Kevin France, adiunkt i astrofizyk z Uniwersytetu Kolorado w Boulder. France badał koronalne wyrzuty masy, ale nie brał udziału w tych badaniach.
„To odkrycie dostarcza prawdopodobnie najsilniejszego jak dotąd dowodu na to, że zjawisko to występuje poza Układem Słonecznym” – napisał w e-mailu. „Ta obserwacja, a miejmy nadzieję, że podobne, pozwoli nam lepiej zrozumieć gwałtowne wczesne życie tych gwiazd o małej masie, które stanowią ponad 70% wszystkich gwiazd w naszej Drodze Mlecznej”.
Poszukiwanie życia
Czerwone karły mogą mieć pole magnetyczne ponad 1000 razy silniejsze niż pole magnetyczne naszego Słońca – powiedział Callingham.
Według badań StKM 1-1262 ma masę o połowę mniejszą niż nasza gwiazda, ale obraca się 20 razy szybciej i ma pole magnetyczne, które według szacunków jest 300 razy silniejsze.
Naukowcy często odkrywają egzoplanety krążące wokół tych gwiazd, które są o wiele słabsze, chłodniejsze i mniejsze od naszego Słońca, a także znajdują się bliżej niż planety w naszym Układzie Słonecznym — czasami pokonując jedno okrążenie w ciągu kilku dni.
Ponieważ czerwone karły są mniej jasne i chłodniejsze od naszej gwiazdy, ekosfera, czyli odległość od gwiazdy, w której warunki na planecie są dostatecznie ciepłe, by na jej powierzchni mogła występować woda w stanie ciekłym, jest znacznie mniejsza, co oznacza, że planety są ściślej skupione wokół tych małych gwiazd.
Astronomowie od dawna jednak wątpią, czy rozbłyski emitowane przez czerwone karły mogą smagać planety szkodliwym promieniowaniem. Jeśli planeta ma na powierzchni ciekłą wodę, co oznacza, że potencjalnie nadaje się do zamieszkania przez życie, to ma również ochronną atmosferę.
Jak powiedział Callingham, na razie nie wiadomo, czy wokół StKM 1-1262 krążą jakieś planety, ale na podstawie wcześniejszych badań można stwierdzić, że prawie każdy czerwony karzeł ma przynajmniej jedną planetę.
„Ochronne pole magnetyczne, jakie mamy na Ziemi, nie byłoby w stanie wytrzymać ciśnienia wyrzutu koronalnego, wystawiając jej atmosferę bezpośrednio na działanie tego tsunami (co spowodowałoby jej zdarcie)” – napisał Callingham w e-mailu. „Więc nawet jeśli planeta znajduje się w idealnym obszarze wokół gwiazdy, jej atmosfera szybko by zniknęła, pozostawiając po sobie jałową skałę (coś jak na Marsie)”.
Następnie naukowcy chcą spróbować ustalić, w jaki sposób tak małe gwiazdy wytwarzają i uwalniają tak ogromną energię — powiedział Tasse — i dowiedzieć się, jaki wpływ powtarzające się koronalne wyrzuty masy mogą mieć na pobliskie planety.
Callingham kieruje również grupą naukową Square Kilometre Array w Holenderskim Instytucie Radioastronomii.
Projekt Square Kilometre Array, którego ukończenie planowane jest na 2028 r., będzie obejmował tysiące anten i do 1 miliona anten niskiej częstotliwości. W rezultacie powstanie największy na świecie radioteleskop, który będzie mógł prowadzić poszukiwania koronalnych wyrzutów masy z innych gwiazd.
„To dopiero początek i miejmy nadzieję, że to przedsmak tego, co nas czeka” – powiedział Miesch. „Mam nadzieję, że zainspiruje to do dalszych badań, które potwierdzą nasze przypuszczenia i pozwolą lepiej określić częstotliwość występowania takich zdarzeń”.
