TRAPPIST-1 – небольшая, но непредсказуемая звезда, подобная капризному ребенку перед сном. Расположенная в созвездии Водолея, примерно в 40 световых годах от нашей планеты, эта крошечная звезда регулярно выбрасывает мощные всплески энергии, известные как "вспышки", в среднем около шести раз в сутки.
Новейшее исследование, проведенное специалистами из Университета Колорадо в Боулдере, представляет собой наиболее детальный анализ физических процессов, лежащих в основе частых "истерик" TRAPPIST-1. Результаты этой работы могут оказаться полезными для ученых, занимающихся поиском потенциально обитаемых планет за пределами нашей Солнечной системы.
В своем исследовании ученые использовали данные, полученные с помощью космического телескопа "Джеймс Уэбб" (NASA), а также компьютерное моделирование, чтобы понять механизм генерации вспышек TRAPPIST-1: первоначальное накопление магнитной энергии с последующим ее высвобождением, что вызывает цепную реакцию, выбрасывающую излучение в космическое пространство. Полученные результаты могут пролить свет на то, как эта звезда влияла на формирование своих планет, расположенных в непосредственной близости.
"Мы полагаем, что внутренние планеты системы TRAPPIST-1, вероятно, представляют собой безжизненные, лишенные атмосферы каменные глыбы, поскольку звезда просто "сдула" их атмосферы", – отметил Уорд Ховард, ведущий автор исследования и научный сотрудник программы Сагана NASA на кафедре астрофизических и планетарных наук в Калифорнийском университете в Боулдере.
Это важный момент в изучении небольшой звезды, которая в последние годы привлекает к себе пристальное внимание научного сообщества.
Масса TRAPPIST-1 составляет менее 10% от массы Солнца, а радиус лишь немного превышает радиус Юпитера. Тем не менее, в системе этой звезды находится семь планет, сопоставимых по размеру с Землей, причем три из них расположены в так называемой "обитаемой зоне" – области космического пространства, где температурные условия могут быть благоприятными для существования жидкой воды на поверхности планет.
Основная сложность заключается в том, что из-за высокой активности звезды ученым затруднительно проводить детальное наблюдение за этими планетами.
Исследование звёздных вспышек напоминает анализ улик на месте преступления. Учёные, наблюдая последствия – энергетический взрыв, стараются понять его природу. К примеру, телескоп «Уэбб» измеряет интенсивность инфракрасного излучения, исходящего от звезды в момент вспышки. Однако сам по себе телескоп не позволяет установить первопричину события.
Как объясняет Говард, магнитные поля окружают все звёзды, от TRAPPIST-1 до нашего Солнца. Эти поля, переплетаясь и деформируясь, образуют сложную структуру, напоминающую спутанную массу. Во внешней атмосфере звезды они также образуют плазму – раскалённый газ из заряженных частиц.
Иногда магнитные поля подвергаются чрезмерной деформации. В результате происходит разрыв полей, и поток электронов прорывается сквозь атмосферу звезды, вызывая вспышку.
"Этот электронный пучок устремляется вглубь атмосферы звезды, сталкиваясь с плазмой и нагревая её, – говорит Говард. – Нагретая плазма начинает излучать свет."
Чтобы раскрыть загадки вспышек TRAPPIST-1, группа учёных под руководством Ховарда проанализировала данные о шести вспышках, зарегистрированных телескопом «Уэбб» в 2022 и 2023 годах.
В своей работе исследователи применили разработанную Адамом Ковальски, доцентом APS и соавтором исследования, новую систему моделей, описывающих физические процессы, происходящие при вспышках.
Эти модели, основанные на сложных уравнениях, позволяют, по сути, проследить историю вспышки в обратном направлении. Обнаружив вспышку, идущую от TRAPPIST-1, исследователи могут использовать модели для определения характеристик электронного пучка, вызвавшего её.
Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.