比一千个太阳更亮:科学家揭开恒星超级耀斑异常行为背后的物理学

比一千个太阳更亮:科学家揭开恒星超级耀斑异常行为背后的物理学

人们正在研究强烈的太阳耀斑,包括来自其他恒星的更大的“超级耀斑”,以了解它们的影响和起源,最近的模型表明了类似的潜在物理学和来自不同恒星层的贡献(艺术家的概念)。

太阳产生的太阳耀斑会影响地球,其中最强烈的耀斑能够导致全球停电和通信中断。然而,与美国宇航局的开普勒和苔丝任务所看到的“超级耀斑”相比,这些太阳耀斑相对温和。这些“超级耀斑”来自恒星,比太阳上的耀斑亮100到10,000倍。

人们认为太阳耀斑和超级耀斑之间的物理学是相同的:磁能的突然释放。超级耀斑恒星具有更强的磁场,因此更亮的耀斑,但有些表现出不寻常的行为——最初的、短暂的亮度增强,然后是次级的、持续时间更长但强度较低的耀斑。由夏威夷大学天文研究所博士后研究员杨凯和孙旭东副教授领导的团队开发了一个模型来解释这一现象,该模型发表在《天体物理学杂志上。

“通过将我们对太阳的了解应用于其他较冷的恒星,我们能够识别驱动这些耀斑的物理特性,即使我们永远无法直接看到它们,”杨说。“随着时间的推移,这些恒星的亮度变化实际上帮助我们看到了这些耀斑,这些耀斑真的太小了,无法直接观察。

 

灯光曲线

这些耀斑中的可见光被认为仅来自恒星大气层的下层。通过磁重联激发能量的粒子,从炽热、脆弱的日冕(恒星的外层)倾泻而下,并加热这些层。最近的研究假设,日冕环的发射 – 被太阳磁场捕获的热等离子体 – 也可能被超级耀斑恒星检测到,但这些环中的密度需要非常高。不幸的是,天文学家没有办法测试这一点,因为除了我们自己的太阳之外,没有办法在恒星上看到这些环。

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太阳动力学天文台拍摄的太阳日冕环图像,显示了“日冕雨”现象。包括地球的图像,以提供环路的比例,该环路比地球大 10 倍以上。图片来源:美国宇航局太阳动力学天文台/科学可视化工作室/汤姆·布里奇曼

其他天文学家利用开普勒和苔丝望远镜的数据,发现了具有奇特光曲线的恒星 – 类似于天体的“峰值凸起”,即亮度的跳跃。事实证明,这种光曲线与太阳现象相似,在最初的爆发之后会出现第二个更渐进的峰值。

“这些光曲线让我们想起了我们在太阳上看到的一种现象,称为太阳晚期耀斑,”Sun说。

产生相似的后期亮度

研究人员问道:“同样的过程——通电的大型恒星环——能否在可见光中产生类似的后期亮度增强?

杨通过调整经常用于模拟太阳耀斑环的流体模拟,并按比例扩大环长度和磁能来解决这个问题。他发现,巨大的耀斑能量输入将大量质量泵入环路中,从而产生密集、明亮的可见光发射,正如预测的那样。

这些研究表明,只有当超热气体在回路的最高部分冷却下来时,我们才能看到这种“凸起”的耀斑光。由于重力作用,这种发光的物质随后落下,产生我们所说的“日冕雨”,我们经常在太阳上看到。这让团队相信模型必须是现实的。

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