7 Minutės
Astronomai pirmą kartą užfiksavo koroninės masės išmetimą (CME) besiveržiantį iš žvaigždės už mūsų Saulės ribų — sprogimą, toks galingas, kad galėtų nuplėšti aplink esančių planetų atmosferas. Šis atradimas atveria naują langą į žvaigždžių kosminę meteorologiją (žvaigždžių space weather) ir kelia rimtų klausimų apie tai, kiek priešiškos gali būti kai kurios egzoplanetų aplinkos gyvybei.
„Aurora Australis“, dar žinoma kaip Pietų pašvaistė, švytėjo horizonte virš Brighton Beach Dunedine 2025 m. lapkričio 13 d.
Retas radijo momentas: kaip buvo atrasta audra
Atradimas priklauso tarptautinei mokslininkų komandai, naudojusiai LOFAR (Low-Frequency Array) — Europos radijo teleskopų tinklą, optimizuotą silpnų, žemos dažnios radijo signalų aptikimui. Nors LOFAR nuo 2016 m. intensyviai žemėlapiuoja ekstremalius radijo šaltinius, tokius kaip juodosios skylės ar aktyvūs galaktikų branduoliai, komanda taip pat saugojo foninius žvaigždinius duomenis. Archyvine duomenų kasyba atskleidė vienos minutės radijo pliūpsnį 2016 m. gegužės 16 d., kilusį iš raudono nykštuko žvaigždės, pažymėtos StKM 1-1262, maždaug už 133 šviesmečių.
Kodėl radijas yra svarbus
Koroninės masės išmetimai Saulėje žinomi tuo, kad jie pagreitina įkrautas daleles ir sukuria radijo požymius; panašių radijo „pirštų atspaudų“ aptikimas iš kitos žvaigždės yra tiesioginis įrodymas apie žvaigždinį CME. LOFAR jautrumas žemo dažnio radijo bangoms leido mokslininkams atpažinti pliūpsnio modelį ir identifikuoti jį kaip CME, o ne kaip žybsnį (flare) arba instrumentinį artefaktą.
Tyrėjai apskaičiavo, kad šis žvaigždinis CME buvo bent 10 000 kartų energetiškesnis nei daugelis Saulės audrų, kurias stebime savo žvaigždėje. Tokia intensyvumo koncentracija — net ir per trumpą laiką — galėtų būti pražūtinga planetai be stipraus magnetinio lauko arba tankios atmosferos.
Poveikis egzoplanetoms ir gyvybingumo vertinimui
Raudonieji nykštukai (M-nykštukai) yra dažniausi šeimininkai Žemės dydžio egzoplanetoms ir ilgą laiką buvo prioritetiniai taikiniai ieškant gyvybės už Saulės sistemos ribų. Tačiau naujas radijo aptikimas rodo, kad jų magnetinė aktyvumas gali būti daug nenuspėjamesnis ir smarkesnis nei manyta anksčiau. Galingi CME gali palaipsniui eroduoti planetų atmosferas, išplėšti vandenį ir apšaudyti paviršius aukštos energijos dalelėmis — procesai, kurie ženkliai mažina tikimybę, kad tokioje planetoje susiformuotų arba išliktų gyvybė, kokią mes pažįstame.
Koroninės masės išmetimai gali sukelti kelias atmosferos nuostolių mechanikas: termiškai paskatintą hidrodinaminį išgarinimą, ionizacinį dalelių atskyrimą (ion pick-up) ir sputtering’ą, kai dalelės smūgiuodamos išmeta atomus iš išorinės atmosferos. Visos šios mechanikos ypač efektyvios esant silpnai planetinei magnetosferai arba tiesioginėje žvaigždės spinduliuotės ekspozicijoje. Tokiu atveju planeta prarastų kritinius komponentus, pavyzdžiui, vandenį ir biosferai svarbias molekules, per geologinius laikotarpius ar net „akimirksniu“ astronominiu mastu.
„Tai pirmasis radijo CME aptikimas kitoje žvaigžde ir jis atveria naują erą žvaigždžių kosminės meteorologijos taikyme kitoms žvaigždžių sistemoms“, — sakė Philippe Zarka iš Paryžiaus observatorijos, vienas iš tyrimo bendraautorių. Jis ir kolegos teigia, kad žvaigždinių magnetinių audrų charakterizavimas yra esminis vertinant egzoplanetų gyvybingumą ir prioritetus biosignatūrų paieškose.
Bendradarbis Cyril Tasse paaiškino, kad nors LOFAR įprastai fiksuoja žvaigždes savo matymo lauke, komanda sukūrė duomenų srautus ir analizės algoritmus, kurie išsaugo ir pažymi tranzientinius žvaigždinius įvykius. Archyvinė paieška, pradėta 2022 m., jau duoda rezultatų: 2016 m. įvykis išsiskyrė kaip stipraus išmetimo požymis, kai duomenys buvo perdirbti algoritmais, pritaikytais žvaigždinių radijo tranzientų aptikimui.
Kontekstas: ką tai reiškia kosminės meteorologijos tyrimams
Žemėje CME gali sutrikdyti palydovus, elektros tinklus ir sukelti auroras, matomas aukštų platumų regionuose — o ekstremalių audrų metu auroros kartais pasirodo net toliau į pietus. Agentūros, tokios kaip NOAA, nuolat stebi Saulės aktyvumą dėl šių visuomeninių poveikių. Koncepcijos „kosminė meteorologija“ išplėtimas į kitas žvaigždžių sistemas suteikia palyginamąją perspektyvą: ne kiekviena „saule“ elgiasi kaip mūsų Saulė, ir kai kurios žvaigždžių aplinkos gali būti iš esmės priešiškos atmosferoms ir gyvybės palaikymui.
Be gyvybingumo aspektų, CME aptikimas kitose žvaigždėse leidžia astrofizikams testuoti modelius apie žvaigždžių magnetizmą, dalelių pagreitinimą ir kampinio momento nuostolius. Pavyzdžiui, stebėjimai gali patikrinti magnetinio lauko geometrijos įtaką CME išsiskyrimo dažnumui bei energijai, arba įvertinti, kaip dažnai raudonieji nykštukai patiria tokio masto magnetines protrūkimus palyginus su jaunesnėmis ar senesnėmis žvaigždėmis.
Ateities radijo apžvalgos, sujungtos su optiniais ir rentgeno stebėjimais, gali sudaryti entropijos žemėlapį — dažnio ir energijos pasiskirstymą tokiems įvykiams skirtingų tipų žvaigždėse. Toks daugiaspektrinis požiūris padės susieti radijo parašą su kitais CME požymiais, pavyzdžiui, baltymų spinduliuotės protrūkiais ar rentgeno žybsniais, ir taip atskirti įvairius erozijos mechanizmus egzoplanetų atmosferoms.
Techniniai ir moksliniai niuansai
LOFAR veikia žemo dažnio juostoje (~10–240 MHz), kur koroninės masės išmetimų radijo emisijos dažnai yra labiausiai išreikštos dėl plazmos ir dalelių sąveikų. Tiksli radijo spektro analizė leidžia nustatyti signalo laiko profilius, dažnio pločius ir dispersinius efektus, kurie padeda atskirti CME nuo kitų tranzientų, tokių kaip žybsniai ar žvaigždžių magnetosferos emisijos. Radijo signalo spektrinė struktūra, poliarizacija ir šaltinio judėjimas žvaigždės aplinkoje suteikia įžvalgų apie išmetimo kinetiką ir jo energetinį turinį.
Analitikai taip pat atsižvelgė į instrumentinius iškraipymus ir radijo dažnių trukdžius (RFI), kurie dažnai apsunkina zemo dažnio astronomiją. Komanda naudojo kryžminius patikrinimus su kitomis stebėjimų sesijomis, statistinę triukšmo analizę ir laiko–dažnio filtravimą, kad atmestų galimybę, jog aptikimas yra vietinių trukdžių ar aparatūros klaidos rezultatas. Tokia griežta duomenų valymo grandinė yra būtina, kai teigiama pirmoji radiofrequencinė CME deteikcija kitoje žvaigždėje.
Energetiniai įverčiai, rodantys, kad įvykis buvo tūkstančius kartų stipresnis nei tipinės Saulės audros, gauti derinant radijo šviesio duomenis su teoriniais modeliais apie dalelių pagreitinimą ir magnetohidrodinamikos (MHD) simuliacijomis. Tokie modeliai leidžia konvertuoti stebėtą radijo intensyvumą į pradinę kinetinę energiją, išmestuosius dalelių srautus ir galimus atmosferos praradimo greičius planetoms, esančioms įvairiuose orbitoje.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Maya Singh, astrofizikė, dirbanti su egzoplanetų atmosferomis, komentavo: 'Šis aptikimas yra lūžio taškas. Dabar turime tiesioginį įrodymą, kad kai kurios žvaigždės sukelia protrūkius, energetiškai keliais eilės didesnius nei Saulės. Planetoms, orbituojančioms arti raudonųjų nykštukų, pakartotinė ekspozicija tokioms audroms gali per geologinį akimirkos brūkšnį nuvesti prie atmosferos netekimo. Tai keičia mūsų prioritetus renkant taikinius biosignatūrų paieškai.'
Žvelgiant į ateitį, astronomai planuoja išplėsti archyvines paieškas ir vykdyti specialias stebėjimų kampanijas su LOFAR bei papildomais instrumentais, įskaitant didelio lauko radijo apžvalgas ir kampanijas rentgeno bei optinėje juostoje. Katalogizuodami žvaigždinius CME ir jų radijo parašus, mokslininkai siekia kiekybiškai nustatyti, kiek dažnai pasitaiko ekstremalūs žvaigždžių kosminiai reiškiniai, ir pagerinti egzoplanetinių aplinkų evoliucijos modelius.
Praktinė reikšmė taip pat apima strategijas, kaip pasirinkti geriausius egzoplanetų kandidatų tyrimams: nepakankamai vertinti žvaigždės magnetinį aktyvumą gali lemti klaidingas prielaidas apie atmosferos buvimą ar sudėtį. Todėl sinergija tarp radijo astronomijos, spektroskopijos ir modeliavimo yra būtina, kad būtų galima patikimai įvertinti, kurios planetos turi realią galimybę išlaikyti atmosferą ir cheminį klimatą, tinkamą gyvybei.
Galiausiai, tokie atradimai skatina technologinį tobulėjimą: greitesni duomenų apdorojimo srautai, pažangesnės duomenų saugyklos ir mašininio mokymosi metodai tranzientų aptikimui leis sėkmingiau išnaudoti didelius radijo observatorijų archyvus. Tai svarbu, nes daug vertingų įvykių gali būti paslėpti senose stebėjimų bylose — kol kas neanalizuotuose laikotarpio tarpuose.
Šis atradimas taip pat yra priminimas apie daugiaspektę sąveiką tarp žvaigždžių fizikos ir planetų evoliucijos: žvaigždžių magnetinė dinamika, plazminės sąveikos ir dalelių fizika kartu formuoja sąlygas, kuriose gali arba negali išsilaikyti atmosfera bei cheminės sąlygos, reikalingos gyvybei. Todėl tarpdalykiniai tyrimai, derinantys astronomiją, planetų mokslus ir atmosferinę fiziką, yra būtina ateities tyrimų dalis.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą