Астрономы, работающие с космической обсерваторией XMM-Newton Европейского космического агентства и радиотелескопом LOFAR, впервые с уверенностью зафиксировали мощный выброс вещества с другой звезды. Это явление по виду сравнимо с солнечными корональными выбросами, но настолько сильное, что способно лишить атмосферы любую планету, оказавшуюся на его пути.
Речь идёт о корональном выбросе массы (CME, coronal mass ejection), явлении, хорошо знакомом по активности Солнца. Во время таких событий наружные слои звезды выбрасывают в пространство огромное количество плазмы и наэлектризованных частиц. Эти процессы формируют так называемую космическую погоду, то есть магнитные бури, полярные сияния и другие эффекты, наблюдаемые на Земле. При этом мощные выбросы могут постепенно разрушать атмосферы планет, находящихся поблизости.
Если для Солнца подобные явления давно известны и хорошо изучены, то наблюдать их у других звёзд до сих пор не удавалось. Новая работа стала первым надёжным подтверждением того, что корональные выбросы происходят и за пределами Солнечной системы.
"Астрономы десятилетиями стремились напрямую зафиксировать CME на другой звезде, — объясняет Джо Каллингем из Нидерландского института радиоастрономии (ASTRON), ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature. - Ранее мы имели лишь косвенные признаки, такие как всплески излучения, изменения магнитного поля. Но впервые нам удалось наблюдать, как вещество действительно покидает звезду и уходит в межзвёздное пространство".
Когда корональный выброс проходит через внешние слои звезды, он создаёт ударную волну, сопровождаемую мощным импульсом радиоволн. Именно этот кратковременный, но интенсивный радиосигнал удалось зафиксировать группе Каллингема. Источник находился на расстоянии около 130 световых лет от Земли.
"Такой тип сигнала невозможен, если вещество остаётся в пределах звёздной магнитосферы. Его происхождение можно объяснить только корональным выбросом".
Активная звезда и опасность для планет
Объектом наблюдений стал красный карлик, то есть звезда, значительно меньше, холоднее и тусклее Солнца. При этом она обладает экстремальными характеристиками. Её масса вдвое меньше солнечной, вращение происходит примерно в двадцать раз быстрее, а магнитное поле почти в 300 раз сильнее. Именно такие звёзды составляют большинство в нашей Галактике и служат домом для множества открытых экзопланет.
Радиосигнал удалось зарегистрировать с помощью радиоинтерферометра LOFAR, используя новые алгоритмы обработки данных, разработанные специалистами в Парижской обсерватории (Observatoire de Paris–PSL). Параллельно спутник XMM-Newton измерил рентгеновское излучение звезды, определив её температуру, скорость вращения и активность. Сопоставление этих наблюдений позволило подтвердить природу всплеска.
"LOFAR обеспечил чувствительность и диапазон частот, необходимые для регистрации радиоволн, - поясняет соавтор исследования Дэвид Конийн из ASTRON. - Но без данных XMM-Newton мы не смогли бы понять, как движется выброс и в каком контексте его рассматривать. Только сочетание двух инструментов показало нам полную картину".
Учёные оценили скорость выброса в 2400 километров в секунду, что равно примерно восьми миллионам километров в час. На Солнце столь быстрые CME наблюдаются крайне редко, не более чем в одном случае из двух тысяч. Масса и плотность выброшенного вещества были достаточны, чтобы полностью лишить атмосфер любую близкую планету.
Этот факт особенно важен для поисков жизни за пределами Солнечной системы. Потенциальная обитаемость планеты обычно определяется её положением в зоне обитаемости - области вокруг звезды, где температура позволяет существовать воде в жидком виде. Однако активные звёзды вроде красных карликов часто образуют мощные вспышки и выбросы, которые способны сдувать атмосферу планеты, делая её безжизненной, несмотря на идеальную орбиту.
Новое направление в изучении звёздной погоды
"Эта работа открывает новую область наблюдений, связанную с исследованием звёздной активности и космической погоды вне Солнечной системы", отмечает Хенрик Эклунд, научный сотрудник Европейского космического агентства (ESA).
Теперь учёные могут сравнивать солнечные процессы с аналогичными явлениями у других звёзд, а не строить предположения по аналогии. Всё указывает на то, что у красных карликов космическая погода может быть значительно более бурной, чем у Солнца. Это имеет ключевое значение для понимания того, как экзопланеты удерживают свои атмосферы и могут ли они оставаться пригодными для жизни на протяжении миллиардов лет.
Полученные результаты также помогают лучше осмыслить процессы, влияющие на космическую погоду в целом. Её исследуют миссии SOHO, Solar Orbiter, Swarm и другие проекты, отслеживающие динамику солнечного ветра и магнитных бурь.
Космическая обсерватория XMM-Newton, запущенная в 1999 году, остаётся одним из ключевых инструментов изучения горячей и активной Вселенной. С её помощью исследуются эволюция звёзд, области вокруг чёрных дыр и вспышки высокоэнергетического излучения.
"Теперь XMM-Newton помогает понять, как корональные выбросы различаются у звёзд разных типов, - отмечает Эрик Кулкерс, учёный проекта из ESA. - Это важно не только для изучения звёзд и нашего Солнца, но и для оценки условий на потенциально обитаемых планетах. Этот результат стал возможен благодаря тесному сотрудничеству исследователей и завершил многолетние поиски корональных выбросов за пределами нашей системы".