对比邻星耀斑的多波长观测研究

作者：Paul Gilster | 2025年4月1日 | 系外行星科学 | 4条评论

红矮星行星系统中耀斑问题十分严峻。由于其宜居带相对靠近恒星，可能支持生命的行星会暴露在大量的粒子和辐射爆发中，这些爆发会剥离它们的大气层。我们可以在附近的 M 矮星（如比邻星）中看到这一点，它不仅在可见光中非常活跃，而且在无线电和毫米波长中也很活跃。阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）的新工作深入研究了毫米波长活动。结果并没有减轻人们的担忧，即这样的系统可能是不适宜生命存在的。

小型 M 矮星之所以成为问题，是因为它们通过_对流_来运作，即核心聚变产生的能量传递到表面。对流结构是指来自下方的热物质不断向上移动，这个过程可以比作我们看到的沸腾的水壶。像太阳这样较大的恒星则表现出辐射传递（光子在到达表面时被吸收和重新吸收）和对流的混合。这增强了 M 矮星的耀斑活动，因为它们的等离子体被扭曲和旋转，产生磁场，这些磁场突然打开又重新连接。其结果是强大的耀斑和粒子爆发。

对于恒星周围原本适宜居住的区域内的行星来说，这预示着危险。Meredith MacGregor（约翰·霍普金斯大学）与 Kiana Burton 合作研究比邻星的耀斑，她解释说：

“我们的太阳活动不会移除地球的大气层，而是会产生美丽的极光，因为我们有厚厚的大气层和强大的磁场来保护我们的星球。但是比邻星的耀斑要强大得多，而且我们知道它在宜居带中有岩石行星。这些耀斑对它们的大气层有什么影响？是否存在如此大量的辐射和粒子，以至于大气层正在发生化学变化，或者可能被完全侵蚀？”

图片： 比邻星恒星耀斑的艺术家概念图。来源：NSF/AUI/NSF NRAO/S. Dagnello。

MacGregor 和 Burton 一直在研究他们所说的第一个使用毫米波观测来探测这些耀斑物理的多波长研究。他们可以支配 50 小时的 ALMA 观测数据，涵盖了大约 463 个耀斑事件，能量在 1024 到 1027 尔格之间。大多数这些耀斑都很快结束，持续时间从 3 秒到 16 秒不等。该研究中的一个关键术语是_耀斑频率分布_（FFD），它将耀斑的数量与能量水平进行映射。如果像光学波长那样，幂律函数意味着低能量耀斑比高能量耀斑更频繁地发生，但由于比邻星的高耀斑活动，该团队在每个能量范围内都发现了许多耀斑。

MacGregor 补充道：

“毫米波耀斑似乎更加频繁——它与我们在光学波长下看到的幂律不同。因此，如果我们只在光学波长下观察，我们就会错过关键信息。ALMA 是唯一足够灵敏的毫米波干涉仪，可以进行这些测量。”

这一点非常重要，我想深入研究这篇论文：

比邻星已经在光学波长下被频繁观测，其 FFD 幂律指数要浅得多，为 1.88 ± 0.06。这种显著差异可能表明耀斑期间光学和毫米波发射源之间存在脱节。由于恒星耀斑的光学观测更容易获得，并且经常用于推断其他波长的耀斑流量，因此该结果强调了需要进一步的多波长活动来约束比例关系。特别是，与光学耀斑相比，毫米波耀斑的发生率更高，并且 MA MacGregor 等人观察到的 FUV 和毫米波发射之间存在密切相关性。(2021) 可能表明比邻星 b 由于小耀斑而产生的极端紫外线辐射环境也高于光学耀斑率的预测。

因此，比邻星的耀斑活动比我们想象的更复杂，可能也更危险。随着我们对比邻星耀斑的了解越来越多，我们必须希望比邻星 b 拥有强大的磁场，可以减轻这种涌入的能量和粒子的影响。例如，大气层被剥夺臭氧和水的可能性，使得其气体的改变或侵蚀成为一种极有可能的情况。像平方公里阵列这样的仪器有一天可能能够探测到这种磁场与恒星风之间的相互作用。但目前，我们只能等待进一步的数据。

该论文是 Burton 等人的 “比邻星活动——来自 ALMA 对毫米波耀斑率的初步约束”，天体物理学杂志 第 982 卷，第 1 期（2025 年 3 月 17 日），43。预印本 / 摘要.