Модель НАСА описывает соседнюю звезду, которая напоминает нашу в юности

Новое исследование позволяет поближе посмотреть на соседнюю звезду, похожую на наше молодое Солнце. Работа позволяет ученым лучше понять, каким могло быть наше Солнце, когда оно было молодым, и как оно могло повлиять на атмосферу нашей планеты и развитие жизни на Земле.

Об этом рассказывают в НАСА.

Многие люди мечтают встретиться с младшей версией себя, чтобы обменяться советами, определить происхождение своих отличительных черт и поделиться надеждами на будущее. В возрасте 4,65 миллиарда лет наше Солнце – это звезда среднего возраста. Ученым часто интересно узнать, какие именно свойства позволяли нашему Солнцу в молодые годы поддерживать жизнь на рядом расположенной Земле.

Без машины времени, способной перенести ученых на миллиарды лет назад, восстановление ранней деятельности нашей звезды может показаться невозможным. К счастью, в галактике Млечный Путь – мерцающем, спиралевидном сегменте Вселенной, где находится наша Солнечная система – есть более 100 миллиардов звезд. Каждая десятая разделяет характеристики нашего Солнца, и многие из них находятся на ранних стадиях развития.

"Представьте, что я хочу воссоздать детские фотографии взрослых людей, когда им было один-два года, и все остальные изображения были стерты или потеряны. Я бы сейчас посмотрел на их фотографии и фотографии их близких родственников примерно с того возраста, и на основе этого бы восстановил их детские фото", - сказал Владимир Айрапетян, старший астрофизик отдела гелиофизики Центра космических полетов НАСА им. Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, и первый автор нового исследования. "Вот такого процесса мы придерживаемся здесь – рассматриваем характеристики молодой звезды, подобной нашей, чтобы лучше понять, какой была наша собственная звезда в молодости, и что позволило ей содействовать развитию жизни на одной из близлежащих планет".

"Каппа 1 Цета" – один из таких солнечных аналогов. Звезда находится примерно в 30 световых годах от нас (в космическом плане это как сосед, который живет по улице рядом) и, по оценкам, имеет возраст от 600 до 750 миллионов лет – примерно такого же возраста было наше Солнце, когда зародилась жизнь на Земле. Она также имеет массу и температуру поверхности, подобные нашему Солнцу, сказала второй автор исследования, Менг Джин, гелиофизик из Института SETI и Лаборатории Солнца и астрофизики Lockheed Martin в Калифорнии. Все эти факторы делают Каппу 1 Цета «близнецом» нашего молодого Солнца в то время, когда возникла жизнь на Земле, и важной целью для изучения.

Айрапетиан, Джин и несколько их коллег адаптировали имеющуюся солнечную модель, чтобы предсказать некоторые из важнейших, но трудно измеряемых характеристик Каппа 1 Цета. Модель основывается на данных, полученных из различных космических миссий, включая космический телескоп НАСА/ЕКА Хаббл, Спутник наблюдений за транзитами экзопланет и миссия NICER от NASA, а также XMM-Newton ЕКА. Команда опубликовала свое исследование сегодня в The Astrophysical Journal.

Звездная энергия

Как и дети у людей, звезды-малыши известны своими высокими вспышками энергии и активности. Для звезд один из способов высвобождения этой удерживаемой энергии – звездный ветер.

Звездные ветры, как и сами звезды, в основном состоят из сверхгорячего газа, известного как плазма, образующегося, когда частицы в газе расщепляются на положительно заряженные ионы и отрицательно заряженные электроны. Наиболее энергичная плазма с помощью магнитного поля звезды может вылететь далеко от внешней и самой горячей части атмосферы звезды, короны, во время извержения или более равномерно в виде потока к близлежащим планетам в виде звездного ветра. "Звездный ветер непрерывно вытекает из звезды к близлежащим планетам, воздействуя на среду этих планет", - сказала Джин.

Младшие звезды, как правило, генерируют более горячие, более мощные звездные ветры и более мощные плазменные извержения, чем это делают старые звезды. Такие вспышки могут повлиять на атмосферу и химический состав планет вблизи и, возможно, даже катализировать развитие органических материалов – строительных блоков для жизни – на этих планетах.

Звездный ветер может оказать значительное влияние на планеты на любом этапе развития жизни. Но сильные, очень плотные звездные ветры молодых звезд могут сжимать защитные магнитные щиты окружающих планет, делая их еще более восприимчивыми к воздействию заряженных частиц.

Концепция художника коронального выброса массы, поражающего слабую магнитосферу молодой Земли. © NASA/GSFC/CIL

Наше Солнце – прекрасный пример. По сравнению с настоящим временем, в детстве наше Солнце, вероятно, вращалось в три раза быстрее, имело более сильное магнитное поле и выбрасывало более интенсивные высокоэнергетические излучения и частицы. В нынешние дни для счастливых зрителей влияние этих частиц иногда видны у полюсов планеты в виде авроры или северного и южного сияния. Айрапетян говорит, что 4 миллиарда лет назад, учитывая влияние ветра нашего Солнца в то время, эти огромные сияния, вероятно, часто были заметны из многих других мест по всему земному шару.

Такой высокий уровень активности во время зароджения нашего Солнца, возможно, оттолкнул защитную магнитосферу Земли и обеспечил планете – расположенной недостаточно близко, чтобы быть сожженной как Венера, или достаточно далеко, как Марс, чтобы пренебречь ею, – нужной химической атмосферой для образования биологических молекул.

Подобные процессы могут развиваться в звездных системах в нашей галактике и Вселенной.

Солнечный близнец

Хотя солнечные аналоги могут помочь решить одну из проблем, связанных с заглядыванием в прошлое Солнца, время не является единственным усложняющим фактором в изучении нашего молодого Солнца. Еще есть расстояние.

У нас есть приборы, способные точно измерять звездный ветер нашего Солнца, называемый солнечным ветром. Однако пока невозможно непосредственно наблюдать за звездным ветром других звезд в нашей галактике, таких как Каппа 1 Цета, так как они находятся слишком далеко.

Когда ученые хотят изучить событие или явление, которое они не могут непосредственно наблюдать, моделирование может помочь восполнить пробелы. Модели – это представление или предсказания объекта исследования, построенные на имеющихся научных данных. Хотя ученые ранее моделировали звездный ветер из этой звезды, сказал Айрапетян, они использовали более упрощенные предположения.

Основой для новой модели Каппа 1 Цета, созданной Айрапетианом, Джин и их коллегами, является Модель солнечных волн Альфвена, которая входит в Систему моделирования космической погоды, разработанной Мичиганским университетом. Модель работает путем введения известной информации о звезде, включая данные о ее магнитном поле и линиям спектра ультрафиолетового излучения, для прогнозирования активности звездного ветра. Когда модель была протестирована на нашем Солнце, она была подтверждена и сверена с данными наблюдений для убеждения в точности ее прогнозов.

"Она способна с высокой точностью смоделировать ветры и корону нашей звезды", - сказала Джин. "И это модель, которую мы можем использовать и на других звездах, чтобы предусмотреть их звездный ветер и тем самым исследовать жизнепргодность. Вот что мы здесь сделали".

Предыдущие исследования опирались на данные, собранные Спутником наблюдений за транзитами экзопланет (TESS) и космическим телескопом Хаббл (HST), чтобы идентифицировать Каппу 1 Цета как молодое Солнце и собрать необходимые входные данные для модели, такие как данные о магнитном поле и линиям спектра ультрафиолетового излучения.

"Любая модель требует входные данные, чтобы получить результат", - сказал Айрапетян. "Чтобы получить полезный и точный результат, входные данные должны быть надежными, в идеале из различных источников за длительное время. Мы имеем все эти данные с Каппа 1 Цета, но мы действительно синтезировали их в этой модели прогнозирования, чтобы просто выйти за рамки предыдущих чисто наблюдательных исследований этой звезды".

Айрапетян сравнивает модель своей команды с отчётом врача. Чтобы получить полное представление о самочувствии пациента, врач, скорее всего, поговорит с ним, соберет маркеры, такие как частота сердечных сокращений и температура, а при необходимости проведет еще несколько специализированных тестов, таких как анализ крови или УЗИ. Скорее всего врач определит точную оценку здоровья пациента по комбинации этих показателей, а не только по одному из них.

Подобным образом, используя много информации о Каппе 1 Цета, собранной из различных космических миссий, ученые лучше спрогнозируют ее корону и звездный ветер. Поскольку звездный ветер может влиять на магнитный щит соседней планеты, он играет важную роль в жизнепргодности. Команда также работает над другим проектом, присматриваясь внимательнее к частицам, которые могли возникнуть вследствие ранних солнечных вспышек, а также привести к образованию добиотической химии на Земле.

Прошлое нашего Солнца, записанное в звездах

Исследователи надеются использовать свою модель для картографирования сред других солнцеподобных звезд на разных стадиях жизни.

В частности, они присматриваются к звезде-младенцу EK Dra - на расстоянии 111 световых лет и возрастом лишь 100 миллионов лет – которая, скорее всего, вращается в три раза быстрее и выбрасывает больше вспышек и плазмы, чем Каппа 1 Цета. Документирование того, как эти похожие звезды разного возраста отличаются друг от друга, поможет охарактеризовать типичную траекторию жизни звезды.

Их работа, по словам Айрапетяна, заключается в том, чтобы "смотреть на наше собственное Солнце, его прошлое и на возможное будущее сквозь призму других звезд".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.