帶有強風的冷恒星威脅著系外行星大氣層

發表于 2025-12-08 19:01:42 來源：骨軟筋酥網

藝術家對恒星-行星-系統的插圖。恒星周圍的強風氣層恒星風和對行星大氣的影響是可見的。信用:uux.cn/AIP/ K. Riebe/ J. Fohlmeister
（神秘的恒星地球uux.cn）據波茨坦萊布尼茨天體物理研究所：利用最先進的數值模擬，由波茨坦萊布尼茨天體物理研究所(AIP)的威脅外行科學家領導的一項研究首次獲得了冷恒星樣本中恒星風屬性的系統表征。他們發現磁場更強的著系恒星會產生更強的風。這些風為行星大氣層的有的冷生存創造了不利條件，從而影響了這些系統可能的強風氣層可居住性。
太陽是恒星宇宙中最豐富的恒星之一，被稱為“冷星”這些恒星被分為大小、威脅外行溫度和亮度不同的著系四類(F、G、有的冷K和M型)。強風氣層太陽是恒星一顆相當普通的恒星，屬于g類。威脅外行比太陽更亮更大的著系恒星屬于F類，而K星比太陽略小更冷。最小和最暗的恒星是M星，由于它們發出大部分光的顏色，也被稱為“紅矮星”。
衛星觀測顯示，除了光之外，太陽還發出一種持續的粒子流，稱為太陽風。這些風穿越行星際空間，與包括地球在內的太陽系行星相互作用。南極和北極附近美麗的極光實際上就是由這種相互作用產生的。然而，這些風也可能是有害的，因為它們會侵蝕穩定的行星大氣，就像火星上的情況一樣。
雖然我們對太陽風有了更多的了解——部分歸功于諸如太陽軌道飛行器之類的任務——但對其他冷恒星來說，情況并非如此。問題是我們不能直接看到這些恒星風，這限制了我們研究它們對填充星系中恒星之間空腔的稀薄氣體的影響。然而，這種方法有幾個局限性，只適用于少數恒星。這促使人們使用計算機模擬和模型來預測恒星風的各種特性，而不需要天文學家去觀察它們。
在這種情況下，博士生Judy Chebly、科學家Julián D. Alvarado-Gómez博士和AIP恒星物理學和系外行星部門的負責人Katja Poppenhä ger教授與哈佛&史密森尼安天體物理學中心的Cecilia Garraffo合作，對F、G、K和M恒星的恒星風特性進行了首次系統研究。
為此，他們使用了數值模擬，其中采用了目前可用的最復雜的模型之一，由觀測到的21顆觀測良好的恒星的大規模磁場分布驅動。這些模擬是在AIP和Leibniz Rechenzentrum (LRZ)的超級計算設備上進行的。這些發現發表在皇家天文學會月刊上。
該團隊研究了恒星的屬性，如重力、磁場強度和自轉周期，如何影響速度或密度方面的風特性。這些結果包括跨光譜類型的恒星風特性的綜合表征，除其他結果外，這些結果表明，在根據觀測結果估計相關質量損失率時，需要重新考慮以前對恒星風速的假設。此外，模擬允許預測Alfvén表面的預期大小——恒星日冕和恒星風之間的邊界。
這一信息對于確定行星系統是否可能受到強磁場恒星-行星相互作用的影響至關重要，當行星軌道進入或完全嵌入其宿主恒星的Alfvén表面時，就會發生這種相互作用。
他們的發現表明，磁場大于太陽的恒星有更快的風速。在某些情況下，恒星風速可能比平均太陽風速快五倍，平均太陽風速通常為450公里/秒。該調查獲得了對這些恒星在所謂的“可居住區”的風有多強的評估，可居住區定義為巖石系外行星在類似地球的大氣壓力下可以維持表面液態水的軌道距離。
他們發現F型和G型恒星周圍的條件較溫和，與地球在G型太陽周圍經歷的情況相當，而K型和M型恒星的風環境越來越惡劣。如此強烈的恒星風強烈地影響著行星上任何潛在的大氣。
這種現象在巖石行星和太陽之間的太陽物理學中有很好的記錄，但在系外行星系統中卻沒有。這需要估計恒星風來評估類似于我們在太陽風和行星大氣之間看到的過程。F到M主序恒星的星風信息以前是未知的，這使得這項研究在可居住性方面很重要。
本文介紹的工作是對21顆恒星進行的，但其結果是普遍的，足以應用于其他冷主序星。這項調查為未來研究恒星風觀測及其對行星大氣侵蝕的影響鋪平了道路。

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