Mégis tele lehet a világegyetem élhető bolygókkal

Művészi illusztráció a Trappist-1f bolygó felszínéről

Az MTA CSFK Csillagászati Intézet munkatársai csaknem 400 csillag spektrumadatait vizsgálva statisztikai adatokat gyűjtöttek a Napon egyébként jól ismert jelenségről. Eredményeik alapján elképzelhető, hogy az eddig véltnél nagyobb az élet kialakulásának esélye az exobolygókon.

A flerek és koronaanyag-kidobódások (coronal mass ejection, CME) a csillagaktivitás talán leglátványosabb megjelenési formái. Ezek során a csillag mágneses terének gyors átrendeződésével energia szabadul fel, ami a csillag gyors felfényesedésével, majd fokozatos elhalványodásával, ún. flerekkel jár. A flereket a Napon egyes esetekben töltött részecskékből álló plazmafelhő kidobódása is követheti (ez a CME).

A Nap esetében a koronakidobódások szinte minden esetben flerekhez kötődnek. Ezek az események a földi életre is közvetlen hatással lehetnek, hiszen a kidobódott plazmafelhő és a Föld mágneses terének kölcsönhatása a szemet gyönyörködtető sarki fények mellett mágneses viharokat is okozhat, megzavarva a navigációs rendszereket vagy az áramszolgáltatást, illetve ezek károsíthatják a műholdakat is (lásd az alábbi ábrán).

Más, aktívabb csillagok esetében a kitörésekkel járó nagyenergiás sugárzás és részecskeáram megváltoztathatja a bolygók légkörének összetételét, ahogy azt a például a TRAPPIST-1 rendszer esetében is feltételezik, de hosszú távon ezek akár a csillag körül keringő exobolygók légkörének erodálásához vagy teljes elvesztéséhez is vezethetnek.

A Nap esetében a koronakidobódásokat a kutatók részletesen tanulmányozzák megfigyelések és modellezés segítségével egyaránt. Bár a Napon naponta 0,5-6 CME-t látunk (az aktivitási ciklustól függően), más csillagokon jóval nehezebb a kimutatásuk. Ez leginkább a kidobódott hidrogén Balmer-vonalainak Doppler-eltolódása segítségével történik, amihez viszonylag jó felbontású spektrumidősorra van szükség.

Koronakidobódást más csillagokon mindössze néhány esetben sikerült megfigyelni, az esetek többségében mindössze egy-egy esemény véletlenszerű észleléséről van szó, ami azonban kevés statisztikai vizsgálatokhoz.

Forrás: NASA/JPL-Caltech

Magyar kutatók a távoli koronakidobódások nyomában

Az MTA CSFK CSI kutatói Vida Krisztián vezetésével a Grazi Egyetem és a szintén Grazban működő űrkutatási intézet (Space Research Institute) munkatársaival a legnagyobb nyilvánosan elérhető adatbázisban, a Virtuális Obszervatóriumban található adatokban kerestek CME-kre utaló nyomokat.

Csaknem 400 hideg, közeli csillagról vizsgáltak meg mintegy 5500 spektrumot – ez 1200 órányi, vagyis 50 napnyi mérést jelent. A mérések és a keresett jel tulajdonságai miatt ez a vizsgálat nehezen automatizálható, ezért a keresést kézzel kellett elvégezni. A kutatók 25 csillagon 478 mérésen találtak aszimmetriákat a Balmer-vonalakon (köztük kilenc jelentősebb eseménnyel), amelyek koronakidobódásokra utalhatnak (elképzelhető más lehetséges magyarázat, pl. kromoszféra-kondenzáció is, bár ezek jellemző sebessége a Napon kisebb). Ezek alapján megbecsülték a kidobódott anyag sebességét és tömegét is.

A statisztikai elemzés arra utal, hogy ezek az események gyakoribbak azokon a hidegebb csillagokon, amelyek erősebb aktivitást mutatnak.

Ez az eredmény első ránézésre kézenfekvőnek tűnik, hiszen az aktívabb csillagok eleve gyakrabban flereznek, ám egyes modellek alapján elképzelhető, hogy épp az erős mágneses tér lehet az, ami meggátolja a töltött részecskék távozását a felszínről (az ún. mágneses befagyási tétel miatt ugyanis a plazma szeret a mágneses tér mentén mozogni), és csak a legerősebb kitörésekből – a szimulációt ismertető cikk szóhasználatával CME-szörnyetegekből – lehetnek valódi CME-k.

Azokon a csillagokon, amelyeknél vonalaszimmetria volt megfigyelhető, azok gyakorisága napi 1-20 közé esett. Ez az érték kisebb, mint amit a Napon megfigyeltek alapján várható volna: 15-20 esemény lenne naponta, bár az ilyen összehasonlításokkal óvatosan kell bánni, hiszen a Napon más a megfigyelés módja, és természetesen az detektálás érzékenysége is. A mért maximális látóirányú sebességek jellemzően 100-300 km/s közé estek, vagyis az esetek túlnyomó részében, mintegy 90-98%-ban a csillagra jellemző felszíni szökési sebesség (kb. 600km/s) alatt voltak (a Napon a CME-k sebessége 250-500km/s körül van). Ezek a viszonylag alacsony sebességek adódhatnak abból, hogy a kutatók csak a látóirányú vetületet tudják megmérni, de az is elképzelhető, hogy csak az események egy korai szakaszát látják (mivel a mérések eredetileg nem ilyen vizsgálathoz készültek, nem mindig volt spektrumidősoruk a teljes eseményről), és az anyag a Napon látottakhoz hasonlóan folyamatosan gyorsul a csillagkorona alsó szakaszában. Így később ugyan elérheti a szökési sebességet, ám ekkor, mivel közben ritkul is, már nem lehet megfigyelni.

A megfigyelt események egy részénél elérhető volt a csillagokról Zeeman-Doppler-térkép is, amely rekonstruálja a mágneses tér nagy léptékű szerkezetét nagy felbontású spektropolarimetriai mérésekből.

Így elsőként nyílt lehetőség arra, hogy a koronakidobódásokat a csillagok mágneses terének ismeretében lehessen tanulmányozni, például az események valódi sebességét megbecsülni.

A kutatás egyik fontos tanulsága, hogy úgy tűnik, még az igen aktív csillagok esetében is viszonylag ritkák a sikeres koronakidobódások, amelyek a bolygóközi térbe juthatnak . Ez utalhat arra, hogy a csillag erős mágneses tere segíthet megvédeni a körülötte keringő exobolygókat azáltal, hogy nem hagyja „kiszabadulni" a kidobódásokat. Ennek egyik következménye, hogy a bolygó-csillag kölcsönhatások (pl. atmoszféravesztés) esetében a nagyenergiás sugárzás szerepe a koronakidobódásnál fontosabb szerepet játszik. Továbbá reménykedhetünk abban, hogy

még a fiatalabb, aktívabb csillagok is a korábban feltételezettnél stabilabb, biztonságosabb környezetet kínálhatnak, és az ilyen csillagok körül keringő bolygók légköre is nagyobb eséllyel élheti túl a csillag fiatalkori aktív életszakaszát, lehetőséget nyújtva így az élet kialakulására.

Az eredményeket ismertető szakcikk az Astronomy & Astrophysics folyóiratban fog megjelenni.