這是一幅示意圖,顯示一顆紅矮星正發生一次耀斑現象,前景中是一顆假想的行星
長久以來,科學家們一直都很清楚,恆星的「童年」是狂暴的。它們會產生巨大的耀斑。不過最終,當它們進入「成年」——主序星階段後,便會安靜下來,不再那麼具破壞性。對此,我們應當心懷感激,因為若不是那樣,強烈的耀斑活動將對地球上的生物圈產生嚴重的破壞。而一項最新的研究顯示,有些恆星永遠都不會改掉狂躁的個性,個頭最小的恆星卻往往具有最大的破壞性。
此項研究採用了由哈勃空間望遠鏡執行的「人馬天窗凌星系外行星搜索」(SWEEPS)計畫的數據。這項研究的設計方案是:在2006年的連續7天時間內對20萬顆恆星進行重複成像,從而找到可能由行星掩星造成的恆星亮度變化。然而,由於這項計畫中觀測了太多的紅矮星,以至於該項目的負責人,來自空間望遠鏡研究所的拉切爾·奧斯登(Rachel Osten)得以運用這些數據推算出這種小光度恆星表面的耀斑發生頻率。
研究小組最終篩選出了100次恆星耀斑,其中一些使恆星的整體亮度上升了10%。觀測到的耀斑現象大都轉瞬即逝,平均持續約15分鐘。有部分恆星多次發生耀斑事件。這些耀斑事件並非集中於年輕恆星的身上,處於演化階段後期的恆星同樣如此,其中包括幾顆變星,它們似乎顯示更多的耀斑現象。
「我們發現變星表面出現耀斑的概率要比一般恆星大1000倍,」亞當·科瓦爾斯基(Adam Kowalski)說。「變星自轉通常很快,這可能說明它可能位於快速繞轉的雙星系統之中。如果一顆恆星表面有某種‘斑點’,也就是表面的暗區,當恆星自轉時,我們就能察覺由它引起的輕微亮度變化。這種暗區其實就是大片的黑子區域,其成因和磁場活動有關。磁力線穿出恆星表面,構成一個磁隔離區,從而阻止熱量對流的產生,因此黑子區域的溫度要比周圍表面低一些。而黑子區域磁場能量的瞬間釋放,會造成耀斑現象的發生。因此,如果我們發現某顆恆星表面有‘暗區’,就說明它表面存在大型黑子活動區,正是在這部分恆星表面,我們觀測到了較多的耀斑事件。」
矮星會發生較多的耀斑事件,部分原因可能是它們擁有深層對流區。這一點可以從其化學成分中缺乏鋰元素得到驗證。深層對流將鋰元素帶至恆星內部深處,那裡的高溫足以將其破壞。這種大規模的帶電粒子流會造成巨大的磁場。隨著自轉,磁力線將互相纏繞,當達到一定的緊繃度時,磁力線衝出恆星表面,形成黑子現象。最後兩個半球的極性相反的黑子群相互抵消,從而回歸最初的低能態,進入新的黑子週期。這種抵消將釋放巨大的能量,這些能量加熱恆星外層大氣,產生紫外線、X射線甚至伽馬射線輻射,並形成帶電高能粒子拋射。在某些極端的情況下,磁力線不會簡單的突出恆星表面,而是向外拋射,同時帶出大量的恆星大氣物質,形成「日冕物質拋射」(CME)現象。
這中恆星更強的磁場意味著更多、更大的黑子。奧斯登說:「太陽黑子覆蓋的太陽表面積僅佔太陽總面積的不到1%,而在紅矮星上,這一比例可以高達50%。」