En internationell forskargrupp ledd av en forskare från universitetet i Wien har för första gången direkt detekterat stjärnvindar från tre solliknande stjärnor genom att registrera röntgenstrålningen från deras astrosfärer, och lagt begränsningar på stjärnornas massförlusthastighet. via deras stjärnvindar.
Astrosfärer, stjärnanaloger av heliosfären som omger vårt solsystem, är mycket heta plasmabubblor som blåses av stjärnvindar in i det interstellära mediet, ett utrymme fyllt med gas och damm. Studiet av stjärnvindarna hos lågmassastjärnor som liknar solen gör att vi kan förstå stjärn- och planetarisk utveckling, och i slutändan historien och framtiden för vårt eget stjärna och solsystem. Stjärnvindar driver många processer som förångar planetariska atmosfärer ut i rymden och leder därför till atmosfärisk massaförlust.
Även om flykthastigheter för planeter över en timme eller till och med ett år är små, fungerar de under långa geologiska perioder. Förlusterna ackumuleras och kan vara en avgörande faktor för att en planet utvecklas till en beboelig värld eller en luftlös sten.
Trots deras betydelse för utvecklingen av både stjärnor och planeter, är vindar av solliknande stjärnor notoriskt svåra att begränsa. De består huvudsakligen av protoner och elektroner och innehåller också en liten mängd tyngre högladdade joner (t.ex. syre, kol). Det är dessa joner som, genom att fånga elektroner från neutralerna i det interstellära mediet runt stjärnan, avger röntgenstrålar.
Röntgenstrålning från astrosfärer upptäckt
En internationell forskargrupp ledd av Kristina Kislyakova, seniorforskare vid Institutionen för astrofysik vid Wiens universitet, har för första gången upptäckt röntgenstrålning från astrosfärerna runt tre solliknande stjärnor, så kallade huvudsekvensstjärnor som är stjärnor i början av sitt liv, och har därför registrerat sådana vindar för första gången direkt, vilket gör det möjligt för dem att sätta begränsningar på stjärnornas massförlusthastighet via deras stjärnvindar.
Dessa resultat, baserade på observationer med rymdteleskopet XMM-Newton, publiceras för närvarande i Nature Astronomy . Forskarna observerade de spektrala fingeravtrycken (så kallade spektrallinjerna) av syrejonerna med XMM-Newton och kunde bestämma mängden syre och slutligen den totala massan av stjärnvindar som sänds ut av stjärnorna.
För de tre stjärnorna med detekterade astrosfärer, som heter 70 Ophiuchi, epsilon Eridani och 61 Cygni, uppskattade forskarna deras massförlusthastigheter till 66,5±11,1, 15,6±4,4 respektive 9,6±4,1 gånger solmassförlusthastigheten. Detta betyder att vindarna från dessa stjärnor är mycket starkare än solvinden, vilket kan förklaras av starkare magnetisk aktivitet hos dessa stjärnor.
"I solsystemet har utsläpp av solvindladdningsutbyte observerats från planeter, kometer och heliosfären och ger ett naturligt laboratorium för att studera solvindens sammansättning", förklarar huvudförfattaren till studien, Kislyakova.
"Att observera denna emission från avlägsna stjärnor är mycket svårare på grund av att signalen är svag. Utöver det gör avståndet till stjärnorna det mycket svårt att distrahera signalen från astrosfären från den faktiska röntgenstrålningen från astrosfären. stjärnan själv, varav en del är "spridd" över teleskopets synfält på grund av instrumentella effekter.
"Vi har utvecklat en ny algoritm för att distrahera stjärnan och de astrosfäriska bidragen till emissionen och detekterade laddningsutbytessignaler som härrör från stjärnvindens syrejoner och det omgivande neutrala interstellära mediet av tre huvudsekvensstjärnor.
"Detta har varit första gången röntgenladdningsutbyte från astrosfärer av sådana stjärnor har upptäckts. Våra uppskattade massförlusthastigheter kan användas som ett riktmärke för stjärnvindsmodeller och utöka våra begränsade observationsbevis för vindar av solliknande vindar. stjärnor."
Medförfattare Manuel Güdel, också vid universitetet i Wien, tillägger, "Det har gjorts världsomspännande ansträngningar under tre decennier för att bevisa närvaron av vindar runt solliknande stjärnor och mäta deras styrkor, men hittills bara indirekta bevis baserat på deras sekundära effekterna på stjärnan eller dess miljö anspelade på förekomsten av sådana vindar som vår grupp tidigare försökte upptäcka radiostrålning från vindarna men kunde bara sätta övre gränser för vindstyrkorna utan att detektera själva vindarna.
"Våra nya röntgenbaserade resultat banar väg för att hitta och till och med avbilda dessa vindar direkt och studera deras interaktioner med omgivande planeter."
"I framtiden kommer denna metod för direkt detektering av stjärnvindar i röntgenstrålar att underlättas tack vare framtida högupplösta instrument, som X-IFU-spektrometern för det europeiska Athena-uppdraget", förklarar CNRS-forskaren Dimitra Koutroumpa, en medförfattare. av studien.
"Den höga spektrala upplösningen hos X-IFU kommer att lösa den finare strukturen och emissionsförhållandet för syrelinjerna (liksom andra svagare linjer), som är svåra att särskilja med XMM:s CCD-upplösning, och ger ytterligare begränsningar för emissionsmekanismen; termisk emission från stjärnorna, eller icke-termiskt laddningsutbyte från astrosfärerna."
Mer information: Röntgendetektering av astrosfärer runt tre huvudsekvensstjärnor och deras massförlusthastigheter., Naturastronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02222-x
Journalinformation: Naturastronomi
Tillhandahålls av universitetet i Wien
