Superflares mindre farlige enn antatt for planeter!
14.12.21: De siste årene er det oppdaget en rekke jordlignende planeter i beboelig sone rundt røde dvergstjerner, men mange av disse stjernene har voldsomme utbrudd som kan ha ødelagt muligheten for eventuelle livsformer. Ikke minst har dette vært diskutert i forbindelse med oppdagelsen av Proxima b rundt vår nærmeste nabostjerne, Proxima Centauri. Nye oppdagelser tyder på at disse stjernene er langt mindre farlige enn antatt!
av Knut Jørgen Røed Ødegaard
Røde dvergstjerner er små og kjølige stjerner som i mange tilfeller har hyppige og intense eksplosjoner på overflaten. Disse eksplosjonene kunne ødelagt omkringliggende planeter, men aktiviteten ser ut til å skje i stjernens polområder og rettes derfor vekk fra planetene.
Illustrasjon: AIP/ J. Fohlmeister
Siden de aller første oppdagelsene på 1990-tallet av planeter rundt andre stjerner, er det funnet nesten 5000 exoplaneter. En rekke observatorier har blitt bygget spesielt for å lete etter exoplaneter fra bane i rommet, med hovedfokus på jordlignende planeter i beboelig sone der vann kan forekomme i flytende form, og i dag kjenner vi 59 slike planeter.
Mange av disse planetene går i bane rundt røde dvergstjerner, kjølige stjerner med langt mindre masse (0,08–0,5 solmasser) og lysstyrke enn sollignende stjerner. Den lave massen og lave temperaturen medfører at slike stjerner er fullt konvektive – det vil si at gjennom hele stjernen bobler gassen omtrent som kokende vann i en kjele.
Hovedseriestjerner (stjerner som fusjonerer hydrogen i kjernen, dette gjelder rundt 90 % av alle stjerner) har etter standard teori konveksjon i kjernen dersom massen er over 1,5 solmasser, konveksjon i de ytre lagene dersom massen er mellom 0,5 og 1,5 solmasser og konveksjon gjennom hele stjernen dersom massen er under 0,5 solmasser (gjelder altså røde dvergstjerner).
Illustrasjon: www.sun.org/wikipedia
Magnetfelt og utbrudd
I kombinasjon med stjernens rotasjon medfører gassbevegelsene at magnetfelt oppstår, og lokalt kan disse være både kraftige og ustabile. Dette betyr at stjerner med konveksjon gjerne har kraftige «magnetiske kortslutninger» av den typen vi kjenner fra Solen hvor kortslutningene både medfører såkalte flares (veldig intense og kortvarige eksplosjoner som sender ut energirik stråling og partikler), utblåsninger av store gass-skyer (koronamasseutbrudd – CMEer), samt en rekke andre fenomener.
I månedsskiftet oktober–november 2003 var det en rekke svært kraftige flares (ses som lysglimt) og CMEer på Solen. Disse forårsaket tildels svært kraftige nordlys her på Jorden, men de kraftigste utbruddene var ikke rettet mot oss. Legg merke til at utbruddene finner sted nær Solens ekvator.
Film: NASA
Slike stjerner vil også ha store stjerneflekker, tilsvarende solflekker. Dette er magnetiske områder som er 1500–2000 grader kjøligere enn omgivelsene og derfor fremstår som sorte.
Gigantiske flekker på Solen i slutten av oktober 2003. Disse meget aktive flekkene utløste en rekke ekstreme eksplosjoner, deriblant den suverent sterkeste i romalderen (se øverst på siden). Hvert av flekkområdene var stort nok til å kunne romme 100 jordkloder.
Foto: SOHO/NASA
Filmen viser en kraftig CME som fant sted 22. juli 2012 og som ble filmet fra romobservatoriet STEREO-A. Utbruddet var rettet mot observatoriet og fremstår derfor som en ekspanderende ring rundt Solen. Filmen spilles tre ganger.
Film: NASA/STEREO
Superflares på dvergstjerner
Siden røde dvergstjerner har konveksjon tvers igjennom og dessuten ofte roterer fort når de er unge, har de ofte svært stor magnetisk aktivitet, inkludert superversjoner av Solens flares. Slike stjerner kalles derfor flarestjerner og har med ujevne mellomrom voldsomme utbrudd som sender ut intens røntgenstråling og dessuten mye vanlig lys. Utbruddene kan være 10 000 ganger sterkere enn de sterkeste utbruddene som er observert på Solen og forekommer ganske hyppig på en del slike stjerner.
Eksempler på flarestjerner i vårt nærmeste nabolag er Proxima Centauri (vår nærmeste nabostjerne, 4,2 lysår fra Jorden), Wolf 359 (5,6 lysår unna) og Barnards stjerne (avstand 6 lysår).
Proxima b går i bane rundt den røde dvergstjernen Proxima Centauri og bruker 11 dager på et omløp rundt moderstjernen. Planeten har 1,3 ganger større masse enn vår egen klode. Bildet viser utsikten fra planeten slik en kunstner ser den for seg. Til høyre for dvergstjernen ser vi også Alfa Centauri A og B, de to andre stjernene i trippelstjernesystemet Alfa Centauri. Proxima b befinner seg kun 4,2 lysår fra vårt eget solsystem – 266 000 ganger avstanden Jorden–Solen.
Illustrasjon: ESO/M. Kornmesser
Et spørsmål om sted og retning
Forskerne har lenge mistenkt at superflares fra røde dverger kan forårsake varige skader på planetatmosfærer og mulighetene for at exoplaneter er beboelige. Man har da antatt at utbruddene på stjernen finner sted nær ekvator og derfor rammer planetene som oftest går i bane nær stjernens ekvatorplan. Dette er ekstremt interessant siden mange røde dvergstjerner har jordlignende planeter i eller nær den beboelige sonen!
Fordi røde dverger har svært lav lysstyrke, må planetene befinne seg ganske nær stjernen for å få tilstrekkelig høy temperatur til at vann kan være flytende. Dette betyr at den såkalte beboelige sonen der temperaturen er mellom 0 og 100 grader er mye nærmere stjernens overflate enn vi opplever f.eks. i vårt solsystem.
Beboelige soner (i grønt) rundt varme stjerner (øverst), sollignende stjerner (midten) og kjølige stjerner (nederst). I de røde områdene har alt vannet fordampet, mens det har frosset til is på planeter i de blå områdene.
Illustrasjon: Kepler mission/Ames Research Center/NASA
I tilfellet med Proxima b, er planeten for eksempel midt i den beboelige sonen, men bare 7 millioner kilometer fra stjernen. Til sammenligning befinner Jorden seg 150 millioner kilometer fra Solen.
Banen til Proxima b sammenlignet med vårt solsystem.
Illustrasjon: ESO/M. Kornmesser/G. Coleman
Men den korte avstanden til moderstjernen gjør også planeten svært utsatt for virkningen av super-utbruddene. Energirik stråling og partikler fra superflares kan forårsake endringer i planetenes atmosfærer, eller få disse til gradvis å fordampe ut i rommet. Dette ville være helt ødeleggende for muligheten for eventuelle livsformer til å utvikle seg siden livsformer (slik vi kjenner dem) er avhengig av en passe tett atmosfære og flytende vann. Også i vårt solsystem har tilsvarende prosesser pågått – utbrudd på Solen har fjernet en stor del av atmosfæren og det meste av vannet som en gang fantes på Mars.
Kunstnerisk fremstilling av en solstorm som treffer Mars og tapper ioner fra planetens øvre atmosfære.
Illustrasjon: NASA&GSFC
Kunstnerisk fremstilling av planetene rundt den unge røde dvergen V1298 Tau. Disse planetene blir stekt av intens røntgenstråling for moderstjernen, og de nærmeste plantene vil dermed miste all atmosfære.
Illustrasjon: AIP/J. Fohlmeister
Ny forskning tyder på at dette likevel ikke er tilfelle rundt røde dvergstjerner, og at aktiviteten på aktive røde dverger skiller seg sterkt fra den på Solen og trolig også andre sollignende stjerner.
Ved hjelp av observasjoner i synlig lys gjort med Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) har astronomer ved Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) i samarbeid med forskere i USA og Spania undersøkt superflares på unge røde dvergstjerner.
Forskergruppen utviklet en metode for å bestemme hvor på stjernens overflate superflares oppstår, og de oppdaget at ekstremt kraftige flares oppstår nær polene på de røde dvergstjernene i stedet for ved ekvator som er typisk på Solen. Siden planeter som regel går i bane nær ekvatorplanet til moderstjernen, kan de for en stor del være beskyttet mot virkningen av superflares siden disse rettes bort fra ekvatorplanet, noe som kan øke mulighetene for at exoplaneter rundt røde dvergstjerner er beboelige.
Forskergruppen fant disse resultatene ved å analysere flares i synlig lys på hurtigroterende M-stjerner (røde dverger) og som varte lenge nok til at flarene forsvant ut og inn av syne på grunn av stjernens rotasjon. Forskerne kunne bestemme breddegraden der hvert enkelt flare oppsto ut ifra lyskurven og hvor lang tid flaret befant seg på den synlige delen av stjernen. I tillegg kunne de også vise at metoden ikke ga skjevheter i hvilke breddegrader utbruddene ble observert å komme fra.
Kunstnerisk fremstilling av hvordan det kan se ut på overflaten av en planet i bane rundt en ultrakjølig rød dvergstjerne.
Illustrasjon: ESO/M. Kornmesser
Oppdagelsen er ytterligere et bevis for at sterke magnetfelt med raske endringer på stjerner oppstår nær rotasjonspolene til hurtigroterende stjerner. Eksistensen av slike «polare flekker» har lenge blitt mistenkt ut ifra indirekte metoder kalt Zeeman-Doppler-fotografering, men har frem til nå ikke blitt målt direkte.
Magnetfelt rundt stjernen II Pegasi kartlagt ved hjelp av såkalt Zeeman-Doppler-fotografering. Åpne feltlinjer er vist i farger, lukkede løkker i hvitt.
Foto: AIP
For å kunne gjøre denne undersøkelsen, gikk forskergruppen gjennom hele observasjonsarkivet til TESS for stjerner med kraftige flares ved å analysere lyskurvene til over 3000 røde dvergstjerner og data tilsvarende mer enn 400 observasjonsår! (TESS observerer mange stjerner samtidig) Forskerne plukket ut fire stjerner som var ideelle for de planlagte studiene.
Alle de fire undersøkte flarene fant sted minst 55 grader fra ekvator, altså mye nærmere polene enn flekker og flares på Solen som vanligvis opptrer på mindre enn 30 grader nord eller sør.
Selv om undersøkelsen kun omfatter fire flares, er resultatene svært viktige – sannsynligheten for å finne fire flares på rad på så høye bredder ved en tilfeldighet er omtrent 1:1000 – og dette har betydning både for modeller av magnetfelt i stjerner og for beboeligheten av exoplanetene som går i bane rundt stjernene.
Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!
Forsiden
