Pluie coronale sur le Soleil avec la Terre superposée pour l’échelle. De nouvelles observations spectrographiques à haute résolution d’une éruption sur une étoile lointaine faible à l’aide du détecteur de planètes de la zone habitable de Penn State pourraient contenir la première preuve d’un phénomène similaire sur une petite étoile naine M ultrafroide. Crédit : NASA/SDO
Les observations d’une éruption stellaire lointaine pourraient contenir la première preuve de pluie coronale sur une petite étoile naine M froide.
Les observations spectroscopiques à haute résolution d’une éruption stellaire sur une petite étoile froide indiquent la possibilité d’une pluie coronale, un phénomène qui a été observé sur notre Soleil mais pas encore confirmé sur une étoile de cette taille. Cette étoile faible, connue sous le nom de vB 10, qui fait environ un dixième de la taille du Soleil et produit moins de 1% de l’énergie du Soleil, a été étudiée à l’aide du Penn State Habitable-zone Planet Finder (HPF) du grand télescope Hobby Eberly. (avec son miroir de 10 m). Ces observations avec le spectrographe HPF ont permis aux chercheurs de mesurer un décalage de la longueur d’onde de certaines raies atomiques de l’éruption qui sont compatibles avec la chaleur plasma retomber sur la surface de l’étoile et sont similaires aux observations de pluie coronale du Soleil.
Un article décrivant les observations, par une équipe dirigée par des scientifiques de Penn State, comprend une analyse de séries chronologiques de l’éruption et pourrait aider les astronomes à mettre des contraintes sur l’énergie et la fréquence de tels événements. Le document a été publié dans Le Journal d’Astrophysique.
“Comme son nom l’indique, le détecteur de planètes de la zone habitable a été conçu pour détecter les planètes en recherchant les changements dans les spectres lumineux des étoiles naines M résultant du “vacillement” de l’étoile sous l’attraction gravitationnelle des planètes en orbite”, a déclaré Larry Ramsey , professeur émérite d’astronomie et d’astrophysique à Penn State et auteur de l’article. “Mais nous savions depuis le début que nous pourrions en apprendre plus sur l’activité stellaire à partir de ces spectres que sur les planètes.”
L’étoile est classée comme une “naine ultra-froide” – sa taille est proche de Jupiter– et fait partie des plus petites étoiles qui peuvent encore fusionner l’hydrogène en hélium. Il a été observé par HPF dans le cadre de ses opérations normales de chasse aux planètes, mais une analyse ultérieure a révélé un énorme pic dans les émissions de l’étoile compatible avec une éruption stellaire.
Décalage vers le rouge des lignes d’hélium indiquant une « pluie coronale » sur une étoile naine M ultrafroide. Flux d’émission observé dans l’hélium, montrant les positions du triplet, ainsi que les pics. Un modèle adapté aux raies de l’hélium (représentées en bleu, rouge et violet en continu), ne peut pas reproduire un excès vers les longueurs d’onde les plus rouges (ligne rouge pointillée). Crédit : Shubham Kanodia, État de Pennsylvanie
Les fusées éclairantes sont des éruptions d’énergie intenses de courte durée sur des surfaces stellaires. Les astronomes ne savent pas exactement ce qui les cause, mais la meilleure hypothèse actuelle est que lorsque les lignes de champ magnétique sur les surfaces stellaires se rompent et se reconnectent, elles libèrent beaucoup d’énergie, dont une partie est convertie en énergie thermique qui accélère les ions et les électrons sur l’étoile. à des vitesses extrêmes. Une partie du gaz à proximité de l’événement retourne vers la surface de l’étoile et une partie est projetée au-dessus de la fusée.
“Les éruptions stellaires sont courantes sur les étoiles naines M”, a déclaré Shubham Kanodia, étudiant diplômé à Penn State et auteur principal de l’article. “Mais en raison de la haute résolution du spectrographe HPF, nous avons pu détecter certaines caractéristiques inhabituelles dans les spectres de cette éruption.”
HPF a détecté l’émission de plusieurs atomes qui ont été excités à des états de haute énergie par l’éruption. En particulier, les raies d’émission des transitions atomiques des atomes d’hélium ont montré un léger décalage vers des longueurs d’onde plus longues, connu sous le nom de « décalage vers le rouge ». Ce décalage montre que les atomes excités qui ont émis cette lumière tombaient vers l’étoile à une vitesse d’environ 70 kilomètres par seconde.
“Ce décalage vers le rouge dans les raies de l’hélium est révélateur d’un phénomène appelé” pluie coronale “, qui est observé sur le Soleil depuis de nombreuses décennies”, a déclaré Kanodia. « La pluie coronale se produit lorsqu’une partie du gaz excité par l’éruption retombe à la surface de l’étoile. Certaines études précédentes ont suggéré la possibilité de pluie coronale sur les étoiles naines M, mais si notre interprétation est correcte, ce serait la première observation quantitative de pluie coronale sur une naine ultrafroide et la première à utiliser l’émission d’hélium comme indicateur.
Les observations d’éruptions et de pluies coronales sur les naines M pourraient aider les astronomes à mieux comprendre la physique des étoiles.
“On pense que les fusées éclairantes résultent de la perturbation des champs magnétiques, mais nous n’avons actuellement pas de modèle sur la façon dont les champs magnétiques sont générés sur des étoiles comme vB 10”, a déclaré Ramsey. « C’est incroyable de voir les similitudes dans les détails de l’activité entre des étoiles comme celle-ci et notre Soleil. Des observations supplémentaires comme celle-ci aideront, espérons-le, à contraindre les modèles qui peuvent commencer à expliquer ce phénomène. »
HPF, qui a été conçu et construit à Penn State et est installé sur le télescope Hobby-Eberly à l’observatoire McDonald au Texas, est l’un des rares spectrographes astronomiques proche infrarouge à haute résolution capables de détecter ces types de signaux de petits, frais étoiles.
“Il est important de noter que nous détectons le décalage vers le rouge dans les raies de l’hélium ainsi que d’autres raies d’émission qui suggèrent qu’elles sont associées à une éruption”, a déclaré Suvrath Mahadevan, professeur d’astronomie et d’astrophysique à Penn State, chercheur principal de HPF, et un auteur de l’article. “Nous savons que la structure magnétique de ces étoiles peut être très différente de celle d’étoiles comme notre Soleil, donc voir cette activité analogue est passionnant et conduira, espérons-le, à une meilleure compréhension du magnétisme et de l’activité stellaires.”
Référence : “Spectroscopie proche infrarouge haute résolution d’une éruption autour du nain ultracool vB 10” par Shubham Kanodia, Lawrence W. Ramsey, Marissa Maney, Suvrath Mahadevan, Caleb I. Cañas, Joe P. Ninan, Andrew J. Monson, Adam F. Kowalski, Maximos C. Goumas, Gudmundur Stefansson, Chad F. Bender, William D. Cochran, Scott A. Diddams, Connor Fredrick, Samuel P. Halverson, Fred R. Hearty, Steven Janowiecki, Andrew J. Metcalf, Stephen C Odewahn, Paul Robertson, Arpita Roy, Christian Schwab, Ryan C. Terrien, Accepté, Le Journal d’Astrophysique.
arXiv:2111.14647
En plus de Ramsey, Kanodia et Mahadevan, l’équipe de recherche comprend Marissa Maney, Caleb Cañas, Joe P. Ninan, Andrew Monson, Adam F. Kowalski, Maximos C. Goumas, Gudmundur Stefansson, Chad F. Bender, William D. Cochran, Scott A. Diddams, Connor Fredrick, Samuel Halverson, Fred Hearty, Steven Janowiecki, Andrew J. Metcalf, Stephen C. Odewahn, Paul Robertson, Arpita Roy, Christian Schwab et Ryan C. Terrien.
Les calculs pour cette recherche ont été effectués sur le Penn State Institute for Computational and Data Sciences Advanced CyberInfrastructure (ICDS-ACI), y compris le cluster CyberLAMP soutenu par la US National Science Foundation. Le Center for Exoplanets and Habitable Worlds est soutenu par Penn State, le Eberly College of Science et le Pennsylvania Space Grant Consortium.
