比邻星的剧烈耀斑可能危及附近行星上的生命

利用ALMA，天文学家发现比邻星经常产生高能毫米波长耀斑，这可能会显著改变或剥离其宜居带行星的大气层。比邻星距离我们仅四光年多一点，是我们最近的恒星邻居，也是一颗高度活跃的 M 矮星。

艺术家对比邻星恒星耀斑的概念图。图片来源：NSF/AUI/NSF NRAO/S. Dagnello

虽然人们早已在可见光波段观察到比邻星频繁的耀斑，但最近一项使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 的研究表明，比邻星在射电和毫米波段也表现出强烈的活动。这些观测为其耀斑的粒子驱动性质提供了新的见解，并提出了有关该恒星对其周围行星宜居性影响的重要问题。

据了解，比邻星的宜居带内至少有一颗可能宜居的地球大小的行星。与太阳耀斑一样，比邻星的耀斑会在整个电磁波谱中释放能量，并释放出被称为恒星高能粒子的高能粒子爆发。

这些耀斑的强度和频率可能对附近的行星构成严重威胁。如果威力足够大，它们会侵蚀行星大气层，夺走臭氧和水等关键成分，并可能导致这些星球无法居住。

由科罗拉多大学的 Kiana Burton 和约翰霍普金斯大学的 Meredith MacGregor 领导的天文学家团队利用档案数据和新的 ALMA 观测数据研究了比邻星的毫米波长耀斑活动。比邻星体积小、磁场强，表明其整个内部结构可能都是对流的——不像太阳，它既有对流层，也有非对流层。因此，这颗恒星的活跃程度要高得多。

它的磁场变得扭曲、紧张，最终断裂，向外发射能量和粒子流，天文学家观察到了耀斑。

麦格雷戈总结了这项研究的核心问题：“太阳活动不会消除地球大气层，反而会形成美丽的极光，因为我们有厚厚的大气层和强大的磁场来保护我们的星球。但比邻星的耀斑要强大得多，而且我们知道它有位于宜居带的岩石行星。这些耀斑对它们的大气层有什么影响？是否有如此巨大的辐射和粒子通量导致大气层发生化学改变，甚至可能被完全侵蚀？”

这项研究是首次使用毫米波观测来揭示耀斑物理的新视角的多波长研究。结合使用全 12 米阵列和 7 米阿塔卡马紧凑阵列进行的 50 小时 ALMA 观测，共报告了 463 次耀斑事件，能量范围从 1024 到 1027 尔格。耀斑本身是短暂事件，持续时间从 3 到 16 秒不等。

“当我们用 ALMA 观测耀斑时，我们看到的是电磁辐射——各种波长的光。但从更深层次来看，这种无线电波长耀斑也为我们提供了一种追踪这些粒子特性的方法，并了解恒星释放了什么，”MacGregor 说。为此，天文学家对恒星所谓的耀斑频率分布进行了描述，以便绘制出耀斑数量与其能量的关系。

通常，该分布的斜率趋向于遵循幂律函数：较小（能量较低）的耀斑发生频率较高，而较大、能量较高的耀斑发生频率较低。比邻星经历了如此多的耀斑，以至于该团队在每个能量范围内都检测到了许多耀斑。此外，该团队能够量化恒星最高能量耀斑的不对称性，描述耀斑的衰减阶段比初始爆发阶段长得多。

无线电和毫米波段的观测有助于限制与这些耀斑及其相关粒子相关的能量。麦格雷戈强调了 ALMA 的关键作用：“毫米波耀斑似乎更为频繁——它与我们在光学波长下看到的幂律不同。因此，如果我们只观察光学波长，就会错过关键信息。ALMA 是唯一一款灵敏度足够高、可以进行这些测量的毫米波干涉仪。”

编译自/ScitechDaily