Молодые звёзды, похожие на Солнце, не так опасны, как считалось ранее

Фото из открытых источников

Учёные знают, что поведение звёзд может определять пригодность планет для жизни. Исследования показывают, что молодые звёзды излучают мощное излучение, способное разрушать атмосферы планет. А без атмосферы существование жизни крайне маловероятно.

Но, конечно, не все звезды одинаковы. Их масса определяет, к какому типу звезд они будут принадлежать, как долго они будут светить и как закончат свою жизнь. Кроме того, их масса определяет и количество излучаемого ими излучения. Мощное рентгеновское излучение может разрушить атмосферу планет, лишив их возможности существования жизни.

Звезды, подобные нашему Солнцу, находятся под все более пристальным вниманием в поисках обитаемых экзопланет. Миссия Европейского космического агентства «Платон» (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) специально нацелена на звезды, подобные Солнцу, и планеты земной группы, вращающиеся вокруг них. Предварительная программа «Обсерватория обитаемых миров» (HWO) также направлена на изучение звезд, подобных Солнцу, и планет земной группы.

Почему такое внимание уделяется звездам, подобным Солнцу? У них долгая и стабильная жизнь, основанная на термоядерном синтезе, что повышает вероятность обитаемости планет, вращающихся вокруг них. Их обитаемые зоны доступны, поскольку большинство планет, вероятно, движутся по орбитам с периодом около года, а это значит, что есть много возможностей наблюдать транзиты. Кроме того, мы отдаем им предпочтение, потому что Земля — единственный известный нам обитаемый мир.

Однако один из главных вопросов, касающихся звезд, подобных Солнцу, и их обитаемости, связан с их излучением в молодом возрасте. Если звезды, подобные Солнцу, могут легко разрушать атмосферы планет в молодом возрасте, то изучение экзопланет в их обитаемых зонах может оказаться нецелесообразным.

Однако новые исследования показывают, что молодые жёлтые карлики могут быть не такими уж и непокорными, как считалось ранее, когда дело касается рентгеновского излучения. Исследование называется «Рентгеновская эволюция молодых звёзд: раннее затемнение и смягчение короны у звёзд солнечной массы с последствиями для атмосфер планет» и опубликовано в журнале The Astrophysical Journal. Ведущий автор — Константин Гетман из Пенсильванского государственного университета.

«Рентгеновское и ультрафиолетовое (XUV) излучение молодых звезд играет решающую роль в формировании эволюции планетных атмосфер и условий обитаемости», — пишут авторы. «Для оценки долгосрочного воздействия высокоэнергетического звездного излучения крайне важно эмпирически проследить эволюцию рентгеновской светимости и спектральной жесткости в течение первых ≲1 млрд лет, когда потери атмосферы и химические процессы наиболее активны».

Исследователи использовали рентгеновскую обсерваторию НАСА «Чандра» и архивные данные ROSAT для изучения восьми рассеянных звездных скоплений возрастом от 45 до 750 миллионов лет. Все они содержат молодые звезды, похожие на Солнце, и целью было наблюдение за этими звездами в течение разного возраста и измерение их излучения.

Их исследования показали, что жёлтые карлики в этих скоплениях излучают рентгеновское излучение лишь примерно в четыре-три раза меньше, чем считалось ранее. Всё сводится к звёздной массе, корональной активности и магнетизму.

«Мы обнаружили зависимое от массы снижение рентгеновской светимости: у звезд солнечной массы наблюдается гораздо более быстрое и устойчивое снижение, сопровождающееся размягчением короны и исчезновением горячей плазмы примерно через 100 млн лет, по сравнению с их менее массивными собратьями», — объясняют авторы. «Эти тенденции у звезд солнечной массы, вероятно, связаны со снижением эффективности магнитного динамо и уменьшением способности поддерживать крупномасштабные высокотемпературные корональные структуры».

«В то время как научная фантастика — например, микробы в проекте «Аве Мария» — предполагает существование инопланетной жизни, которая приглушает звездное излучение, поглощая его энергию, наши реальные наблюдения показывают естественное «затухание» молодых звезд, подобных Солнцу, в рентгеновском диапазоне», — заявил Гетман. «Это происходит не потому, что внешняя сила поглощает их свет, а потому, что их внутренняя генерация магнитных полей становится менее эффективной».

Очень молодые звезды, подобные Солнцу, излучают много радиации, но её интенсивность быстро снижается. Результаты показывают, что звезды, подобные Солнцу, возраст которых составляет всего около трёх миллионов лет, излучают примерно в 1000 раз больше рентгеновских лучей, чем современное Солнце. Но к 100 миллионам лет их интенсивность падает до примерно 40 раз больше, чем у современного Солнца. Это резкое падение, имеющее последствия для атмосфер планет, их устойчивости и способности образовывать молекулы, важные для жизни.

«Вполне возможно, что мы обязаны своим существованием тому, что наше Солнце несколько миллиардов лет назад делало то же самое, что мы наблюдаем сейчас у этих молодых звёзд», — сказал соавтор исследования Владимир Айрапетян из Центра космических полётов имени Годдарда НАСА. «Это реальное затемнение перекликается с драматическими изменениями звёздного неба в художественной литературе, но оно может быть ещё более захватывающим, потому что подчёркивает реальную историю нашего собственного Солнца».

Это одно из наиболее полных исследований рентгеновского излучения молодых звезд, подобных Солнцу, и результаты вселяют оптимизм относительно обитаемости планет. Мы можем наблюдать наше Солнце только в его современном состоянии, и понимание астрофизиками рентгеновского излучения молодых звезд, подобных Солнцу, основывалось на скудных данных. Поскольку эти данные были единственным доступным источником информации, исследователи использовали их при рассмотрении обитаемости планет.

Но теперь мы знаем другое. Эта работа показывает, что интенсивность рентгеновского излучения снижается примерно в 15 раз быстрее, чем считалось ранее.

«Мы можем наблюдать наше Солнце только в настоящий момент времени, поэтому, чтобы по-настоящему понять его прошлое, мы должны обратиться к другим звездам примерно такой же массы», — сказал соавтор исследования Эрик Фейгельсон, также из Университета штата Пенсильвания. «Изучая рентгеновские лучи от звезд, возраст которых исчисляется сотнями миллионов лет, мы заполнили большой пробел в нашем понимании их эволюции».

«Пересмотренные тенденции указывают на систематически более низкие темпы потери массы атмосферы и фотолиза воды, а также на изменение ионизационной среды и химических путей, имеющих отношение к образованию пребиотических молекул, для планет, находящихся на близких орбитах вокруг солнечных аналогов», — заключают авторы. «Эти эффекты сохраняются, по крайней мере, на протяжении исследованного в данном исследовании интервала времени ≲750 млн лет».