

在距离我们仅4光年多远的地方,有一颗行星围绕着一颗恒星运转,其距离恰到好处——既不太近,也不太远——足以在其表面支持液态水。我们对它的大气层知之甚少,甚至不确定它是否有大气层,并且我们正在努力了解它的内部结构。还有很多东西有待发掘,但听起来确实是一个寻找外星邻居的有望之地,对吧?
只可惜我们还没弄清楚如何应对那些巨大的恒星耀斑。
本周发表在《天体物理学杂志通讯》上的一项研究发现,这颗恒星周围并非如去年秋天一项研究报告的那样,存在着一圈温暖宜人的尘埃环——这原本可能表明存在一个舒适的行星摇篮——实际上却出现了一个巨大的恒星耀斑。(这与太阳耀斑相同,只是发生在太阳以外的恒星上)。
正是关于尘埃的研究最初吸引了梅雷迪思·麦格雷戈(Meredith MacGregor)的注意,她是卡内基学会(Carnegie Institute)一位研究其他恒星周围碎片盘的天体物理学家。
“我们的太阳系有盘状结构,我们有小行星带和柯伊伯带,我们认为那是我们行星系统形成时遗留下来的物质。能够观察其他恒星并看到相同的结构,这非常令人兴奋,”麦格雷戈说。
她以前也研究过像比邻星这样的恒星,并且知道它们可能非常活跃——频繁地在许多波长的光线上释放出充满辐射的耀斑,包括毫米波长,这通常用于探测其他星系中的尘埃。
“我很好奇在这些观测期间,这颗恒星是否有任何重大活动的可能性,以及这是否会影响到结果,”麦格雷戈说。
于是她决定深入研究前一项研究中使用的数据。该团队在三个月内进行了15次观测,总计观察比邻星10小时。在大多数时间里,这颗恒星是平静的。
“在大多数观测中,这颗恒星并没有做什么特别激动人心的事,”麦格雷戈说。“但在两分钟内,它出现了巨大的增亮,你可以追踪到通量随时间的变化。”
那一小段增亮期是一个恒星耀斑。麦格雷戈说,前一项研究考察了所有观测的总和,并将增亮解释为一个潜在的行星系统,包括内部附近一个被恒星加热的尘埃环。这正是ALMA天文台正在寻找的。它专门搜寻电磁辐射的毫米波长信号——类似于你的微波炉发出的信号。
“我们通过观察不同波长来探测不同尺寸的粒子群,”麦格雷戈说。“我们观测系统时使用的规则是,我们正在观察的光的波长就是我们正在看到的粒子的尺寸。因此,在毫米波长下,我们探测的是毫米大小的尘埃颗粒或冰粒。”
这对于理解恒星系统的基本结构至关重要。但在毫米波长下,还有许多其他东西会显现出来,包括恒星耀斑和太阳耀斑。
“如果你将这次耀斑的绝对亮度与(毫米波长下的)太阳耀斑进行比较,我们在比邻星上看到的这次耀斑比我们看到的太阳耀斑亮10倍。”麦格雷戈说。但这并不意味着这次太阳耀斑比我们太阳的耀斑大10倍。这个比较仅针对毫米波长,而不是耀斑事件释放的所有其他形式的辐射。此外,太阳和比邻星甚至不是同一类恒星。
“比邻星是一颗M矮星,它是一颗小得多的恒星,并且拥有更强的磁场。我们还在努力了解如何比较这两种不同类型的恒星,”麦格雷戈说。
吉列姆·安格拉达(Guillem Anglada)是一位天体物理学家,也是发现比邻星系尘埃的研究的第一作者,他对此表示赞同。“这是一个重要的结果,可能有助于更好地理解M矮星大气层的行为。比邻星是离我们太阳最近的恒星,因此是了解更遥远恒星的绝佳实验室,”安格拉达在电子邮件中说。
比邻星之所以吸引我们的注意力,是因为它是离我们太阳最近的恒星,*而且*它拥有一颗轨道恰到好处、能够支持液态水的行星。但是,随着太阳耀斑的增加,比邻星b是否拥有大气层——这对于维持液态水至关重要——变得令人怀疑。
“我们在ALMA上10小时的观测时间里捕捉到了这次耀斑。要么这是一个极其幸运的事件,要么这种规模的耀斑很可能在比邻星上频繁发生,”麦格雷戈说。“我敢说,这很可能对这颗行星的大气层来说是坏消息。”
巨大的太阳耀斑通常伴随着日冕物质抛射,即太阳喷发出的加热的带电粒子。如果比邻星的耀斑也伴随有日冕物质抛射,那么这种组合不仅会用辐射轰击这颗行星,还可能剥离掉任何大气层。
“我们还不知道M矮星的耀斑是否也伴随着日冕物质抛射。这是一个悬而未决的问题,”麦格雷戈说。
安格拉达说,他和他的同事们在后续的数据分析中也意外发现了这次耀斑,这与麦格雷戈的工作是独立的。“我们的新估计表明,尘埃量可能比我们之前的估计少一半,但我们仍在努力确认这个数值。另一方面,麦格雷戈等人的论文表明,比邻星的近距离环境可能没有尘埃。这两项研究都是在有限的数据集上进行的,这些数据集来自一项探索性计划。具有更高灵敏度的新观测可以提供解析图像,从而明确确定该系统的结构和主要特性,”安格拉达说。
新的观测肯定会进行,公众和科学界都对比邻星有着浓厚的兴趣。
“还有很多问题需要回答。这项新结果以及之前ALMA的报告表明,我们对我们最近的邻居知之甚少,我们需要在解释数据时格外小心和严谨,”吉列姆·安格拉达·埃斯库德(Guillem Anglada Escude)说,他是一位天体物理学家,曾帮助发现比邻星b,但并未参与最近的研究。(他与吉列姆·安格拉达没有亲属关系。)
这些问题包括耀斑的频率、它们的性质、比邻星系是否存在更远的、较冷的碎片盘,比邻星b究竟是什么样的,以及它是否有其他行星伙伴。这些问题的答案都不会轻易得到,但这使得追寻它们更加令人兴奋。
3/2/18 本文已更新,加入了吉列姆·安格拉达的评论。