Холодные звезды с мощными ветрами угрожают атмосферам экзопланет
Холодные звезды являются одними из самых распространенных во Вселенной. Они делятся на четыре категории (типы F, G, K, M), различающиеся размерами, температурой и светимостью. К ним относится и Солнце, которое является средней звездой типа G. Звезды класса F ярче и крупнее, а класса K - меньше и холоднее. И, наконец, звезды класса М, или красные карлики из-за их цвета, — самые маленькие и тусклые.
Помимо света, холодные звезды испускают постоянный поток заряженных частиц, называемый звездным ветром. Он распространяется в межпланетном пространстве и взаимодействует с орбитальными планетами. На Земле зрелище северного сияния на Северном и Южном полюсах вызвано именно взаимодействием ветра заряженных частиц от Солнца с газами в атмосфере.
Эти ветры порождают чудесные полярные сияния, но они также очень вредны. Фактически, они могут разрушить стабильную планетарную атмосферу, как это, по нашему мнению, произошло на Марсе. И если о солнечном ветре многое известно благодаря таким аппаратам, как ESA/NASA Solar Orbiter, то о других холодных звездах, населяющих Вселенную, мы знаем очень мало.
Недавно ученые Лейбницкого института астрофизики в Потсдаме (AIP) с помощью современного численного моделирования впервые систематически охарактеризовали свойства звездных ветров в выборке холодных звезд.
Так, было обнаружено, что звезды с более сильным магнитным полем создают более мощные ветры. А эти ветры создают неблагоприятные условия для выживания планетарных атмосфер, ухудшая возможность обитаемости этих систем.
Свойства звездных ветров
Звездные ветры от других звезд невозможно наблюдать и измерять непосредственно. Приходится ограничиваться изучением их влияния на межзвездный газ, заполняющий пустые пространства между звездами в одной галактике. Однако такой подход имеет ряд ограничений и применим лишь к нескольким звездам. Это побуждает использовать компьютерные симуляции и модели для предсказания различных свойств звездных ветров, не требуя от астрономов их наблюдения.
В связи с этим группа специалистов AIP провела первое систематическое исследование свойств звездного ветра, предсказанных для звезд F, G, K и M. Исследователи использовали численное моделирование с применением одной из наиболее сложных моделей, доступных в настоящее время, которая использует распределение магнитного поля 21 наблюдаемой звезды. Моделирование проводилось на суперкомпьютерных мощностях AIP и Лейбницкого референц-центра (LRZ).
Группа исследовала, как свойства звезд, такие как гравитация, напряженность магнитного поля и период вращения, влияют на характеристики ветра с точки зрения скорости и плотности. Полученные результаты позволяют всесторонне охарактеризовать свойства звездного ветра.
Холодные звезды с интенсивными полями и быстрыми ветрами
Моделирование также позволяет предсказать ожидаемый размер поверхности Альфвена — границы между короной звезды и ее звездным ветром. Эта информация очень важна для определения того, может ли планета подвергаться сильному магнитному взаимодействию со звездой-хозяином. Такие взаимодействия могут происходить, когда планетарная орбита входит или полностью входит в альфвеновскую поверхность звезды.
Результаты показывают, что звезды с магнитными полями, превышающими магнитное поле Солнца, обладают более быстрыми ветрами. В некоторых случаях скорость звездного ветра может в пять раз превышать среднюю скорость солнечного ветра, которая обычно составляет 450 км/с.
В ходе исследования была получена оценка силы ветра этих звезд в так называемых обитаемых зонах, определяемых как орбитальные расстояния, на которых на каменистых экзопланетах может существовать жидкая поверхностная вода.
В районе звезд F- и G-типа были обнаружены более мягкие условия, сравнимые с теми, которые испытывает Земля в районе Солнца G-типа, и все более жесткие ветры у звезд K- и M-типа. Такие интенсивные звездные ветры сильно влияют на возможную атмосферу, которой может обладать планета.