Модель НАСА описує сусідню зірку, яка нагадує нашу в юності

Нове дослідження дає змогу ближче подивитися на сусідню зірку, схожу на наше молоде Сонце. Робота дозволяє вченим краще зрозуміти, яким могло бути наше Сонце, коли воно було молодим, і як воно могло вплинути на атмосферу нашої планети та розвиток життя на Землі.

Про це розповідають в НАСА.

Багато людей мріють зустрітися з молодшою версією себе, щоб обмінятися порадами, визначити походження своїх визначальних рис і поділитися надіями на майбутнє. У віці 4,65 мільярда років наше Сонце – це зірка середнього віку. Вченим часто цікаво дізнатися, які саме властивості дозволяли нашому Сонцю в молоді роки підтримувати життя на поблизу розташованій Землі.

Без машини часу, здатної перенести вчених на мільярди років назад, відновлення ранньої діяльності нашої зорі може здатися неможливим. На щастя, у галактиці Чумацький Шлях – мерехтливому, спіралевидному сегменті Всесвіту, де знаходиться наша Сонячна система – є понад 100 мільярдів зірок. Кожна десята поділяє характеристики нашого Сонця, і багато з них знаходяться на ранніх стадіях розвитку.

"Уявіть, що я хочу відтворити дитячі фотографії дорослих людей, коли їм було один-два роки, і всі інші зображення були стерті або втрачені. Я б зараз подивився на їхні фотографії та фотографії їхніх близьких родичів приблизно з того віку, і на основі цього б відновив їхні дитячі фото", - сказав Володимир Айрапетян, старший астрофізик відділу геліофізики Центру космічних польотів НАСА ім. Годдарда у Грінбелті, штат Меріленд, і перший автор нового дослідження. "Ось такого процесу ми дотримуємося тут – розглядаємо характеристики молодої зорі, подібної до нашої, щоб краще зрозуміти, якою була наша власна зоря в молодості, і що дозволило їй сприяти розвитку життя на одній із близько розташованих планет".

"Каппа 1 Цеті" – один з таких сонячних аналогів. Зоря знаходиться приблизно за 30 світлових років від нас (у космічному плані це як сусід, який живе по вулиці поруч) і, за оцінками, має вік від 600 до 750 мільйонів років – приблизно такого ж віку було наше Сонце, коли зародилося життя на Землі. Вона також має масу та температуру поверхні, подібні до нашого Сонця, сказала другий автор дослідження, Менг Джин, геліофізик з Інституту SETI та Лабораторії Сонця та астрофізики Lockheed Martin у Каліфорнії. Усі ці фактори роблять Каппу 1 Цеті «близнюком» нашого молодого Сонця в той час, коли виникло життя на Землі, і важливою ціллю для вивчення.

Айрапетіан, Джин та кілька їхніх колег адаптували наявну сонячну модель, щоб передбачити деякі з найважливіших, але важко вимірюваних характеристик Каппа 1 Цеті. Модель ґрунтується на даних, отриманих з різних космічних місій, включаючи космічний телескоп НАСА/ЄКА Хаббл, Супутник спостережень за транзитами екзопланет та місія NICER від NASA, а також XMM-Newton ЄКА. Команда опублікувала своє дослідження сьогодні в The Astrophysical Journal.

Зоряна енергія

Як і малюки у людей, зорі-малюки відомі своїми високими спалахами енергії та активності. Для зірок один зі способів вивільнення цієї утримуваної енергії – зоряний вітер.

Зоряні вітри, як і самі зорі, в основному складаються з надгарячого газу, відомого як плазма, що утворюється, коли частинки в газі розщеплюються на позитивно заряджені іони та негативно заряджені електрони. Найбільш енергійна плазма за допомогою магнітного поля зорі може вилетіти далеко від зовнішньої та найгарячішої частини атмосфери зорі, корони, під час виверження або більш рівномірно у вигляді потоку до близько розташованих планет у вигляді зоряного вітру. "Зоряний вітер безперервно витікає із зорі до близько розташованих планет, впливаючи на середовище цих планет", - сказала Джин.

Молодші зорі, як правило, генерують більш гарячі, більш потужні зоряні вітри і більш потужні плазмові виверження, ніж це роблять старі зорі. Такі спалахи можуть вплинути на атмосферу та хімічний склад планет поблизу та, можливо, навіть каталізувати розвиток органічних матеріалів – будівельних блоків для життя – на цих планетах.

Зоряний вітер може мати значний вплив на планети на будь-якому етапі розвитку життя. Але сильні, дуже щільні зоряні вітри молодих зірок можуть стискати захисні магнітні щити навколишніх планет, роблячи їх ще більш сприйнятливими до впливу заряджених частинок.

Концепція художника коронального викиду маси, що вражає слабку магнітосферу молодої Землі. © NASA/GSFC/CIL

Наше Сонце – прекрасний приклад. У порівнянні з теперішнім часом, у дитинстві наше Сонце, ймовірно, оберталося в три рази швидше, мало сильніше магнітне поле та викидало більш інтенсивні високоенергетичні випромінювання та частинки. У теперішні дні для щасливих глядачів вплив цих частинок іноді видно біля полюсів планети у вигляді аврори або північного та південного сяйва. Айрапетян каже, що 4 мільярди років тому, враховуючи вплив вітру нашого Сонця в той час, ці величезні сяйва, ймовірно, часто були помітні з багатьох інших місць по всьому земному шару.

Такий високий рівень активності під час зародження нашого Сонця, можливо, відштовхнув захисну магнітосферу Землі та забезпечив планеті – розташованої недостатньо близько, щоб бути спаленою як Венера, або достатньо далеко, як Марс, щоб знехтувати нею, – потрібною хімічною атмосферою для утворення біологічних молекул.

Подібні процеси можуть розгортатися у зоряних системах у нашій галактиці та Всесвіті.

Сонячний близнюк

Хоча сонячні аналоги можуть допомогти вирішити одну з проблем, пов′язаних із зазиранням у минуле Сонця, час не є єдиним ускладнювальним фактором у вивченні нашого молодого Сонця. Ще є відстань.

У нас є прилади, здатні точно вимірювати зоряний вітер від нашого Сонця, званий сонячним вітром. Однак поки що неможливо безпосередньо спостерігати за зоряним вітром інших зірок у нашій галактиці, таких як Каппа 1 Цеті, тому що вони знаходяться занадто далеко.

Коли вчені хочуть вивчити подію або явище, яке вони не можуть безпосередньо спостерігати, наукове моделювання може допомогти заповнити прогалини. Моделі – це уявлення або передбачення об’єкта дослідження, побудовані на наявних наукових даних. Хоча вчені раніше моделювали зоряний вітер з цієї зорі, сказав Айрапетян, вони використовували більш спрощені припущення.

Основою для нової моделі Каппа 1 Цеті, створеної Айрапетіаном, Джин та їхніми колегами, є Модель сонячних хвиль Альфвена, яка входить в Систему моделювання космічної погоди, розробленої Мічиганським університетом. Модель працює шляхом введення відомої інформації про зорю, включаючи дані про її магнітне поле та лінії спектру ультрафіолетового випромінювання, для прогнозування активності зоряного вітру. Коли модель була протестована на нашому Сонці, вона була підтверджена та звірена з даними спостережень для переконання у точності її прогнозів.

"Вона здатна з високою точністю змоделювати вітри та корону нашої зорі", - сказала Джин. "І це модель, яку ми можемо використовувати й на інших зорях, щоб передбачити їх зоряний вітер і тим самим дослідити життєпридатність. Ось що ми тут зробили".

Попередні дослідження спиралися на дані, зібрані Супутником спостережень за транзитами екзопланет (TESS) та космічним телескопом Хаббл (HST), щоб ідентифікувати Каппу 1 Цеті як молоде Сонце та зібрати необхідні вхідні дані для моделі, такі як дані про магнітне поле та лінії спектру ультрафіолетового випромінювання.

"Будь-яка модель потребує дані для введення, щоб отримати результат", - сказав Айрапетян. "Щоб отримати корисний і точний результат, вхідні дані повинні бути надійними, в ідеалі з різних джерел за тривалий час. Ми маємо всі ці дані з Каппа 1 Цеті, але ми дійсно синтезували їх у цій моделі прогнозування, щоб просто вийти за рамки попередніх чисто спостережуваних досліджень цієї зорі".

Айрапетян порівнює модель своєї команди зі звітом лікаря. Щоб отримати повне уявлення про самопочуття пацієнта, лікар, швидше за все, поговорить з ним, збере маркери, такі як частота серцевих скорочень і температура, а при необхідності проведе ще кілька спеціалізованих тестів, таких як аналіз крові або УЗД. Швидше за все лікар сформулює точну оцінку здоров′я пацієнта за комбінацією цих показників, а не лише за одним з них.

Подібним чином, використовуючи багато інформації про Каппу 1 Цеті, зібраної з різних космічних місій, вчені краще спрогнозують її корону та зоряний вітер. Оскільки зоряний вітер може впливати на магнітний щит сусідньої планети, він відіграє важливу роль у життєпридатності. Команда також працює над іншим проєктом, придивляючись уважніше до частинок, які могли виникнути внаслідок ранніх сонячних спалахів, а також призвести до утворення добіотичної хімії на Землі.

Минуле нашого Сонця, записане у зорях

Дослідники сподіваються використовувати свою модель для картографування середовищ інших сонцеподібних зірок на різних стадіях життя.

Зокрема, вони придивляються до зорі-малюка EK Dra – на відстані 111 світлових років та віком лише 100 мільйонів років – яка, швидше за все, обертається втричі швидше та викидає більше спалахів і плазми, ніж Каппа 1 Цеті. Документування того, як ці схожі зорі різного віку відрізняються одна від одної, допоможе схарактеризувати типову траєкторію життя зірки.

Їх робота, за словами Айрапетяна, полягає у тому, щоб "дивитися на наше власне Сонце, на його минуле та на можливе майбутнє крізь призму інших зірок".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.