;
Кейсы 9 ноября 2020

Что такое звездные вспышки и как они влияют на обитаемость планет?

Далее

Молодые звезды склонны к своеобразным «вспышкам гнева» — звездным вспышкам. Такое явление очень похоже на яростный выброс энергии — всего одна мощная вспышка может испепелить все вокруг себя, включая атмосферы близлежащих планет, которые только начинают формироваться. Рассказываем подробнее об этом явлении и о том, как звездные вспышки обнаруживают и почему их изучению уделяется особое внимание.

Что такое звездные вспышки?

Звездные вспышки происходят на звездах типа UV Кита — это переменные звезды, которые резко и непериодически увеличивают светимость в несколько раз во всём диапазоне — от радиоволн до рентгеновского излучения.

Вспыхивающие звезды — это тусклые красные карлики с небольшой массой, хотя  вспышки отмечаются и на коричневых карликах. Многие ближайшие к Солнцу звезды, в том числе Проксима Центавра, DX Рака и Вольф 359, принадлежат к классу вспыхивающих звезд.

Вспышки могут длиться от минут до нескольких часов, средний интервал между ними — от часа до десятков суток. Начало вспышки происходит гораздо быстрее, чем угасание, звезда может увеличить свой блеск вдвое всего за несколько секунд. Во время этого процесса резко меняется спектр звезды.

Ученые считают, что вспышки на Солнце имеют примерно ту же природу, хотя они и гораздо слабее. Причем они слабее не только по относительной величине (Солнце значительно ярче красных карликов, показывающих вспышки типа UV Кита), но и по количеству высвобождаемой энергии.

Явление звездных вспышек объясняется увеличением энергии инфракрасных фотонов при столкновениях с быстрыми электронами в ходе обратного комптон-эффекта или «гипотезой быстрых электронов».

Как изучают звездные вспышки и почему это важно?

Определение частоты извержений молодых звезд  помогает ученым понять, где искать обитаемые планеты. Но до сих пор поиск этих вспышек включал изучение на глаз более тысячи изменений яркости звезд — кривых блеска.

Международная группа ученых решила упростить этот процесс, использовав машинное обучение. Это позволит сделать поиск этих явлений более быстрым и эффективным. Для этого астрономы научили нейронную сеть обнаруживать характерные световые узоры звездной вспышки.

«С помощью нейронной сети мы смогли найти более 23 000 вспышек на тысячах молодых звезд», — объясняет доктор Монтет, преподаватель в Университете Нового Южного Уэльса в Австралии и соавтор исследования.

Художественная концепция HD 209458 b, экзопланеты, чья атмосфера разрывается на скорости более 35 000 км / час излучением ближайшей родительской звезды. Предоставлено: НАСА / Европейское космическое агентство / Альфред Видаль-Маджар (Парижский астрофизический институт, CNRS).

«Обнаружение звездных вспышек, которые могут быть смертельными для развивающихся атмосфер близлежащих планет, поможет сосредоточиться на поисках пригодных для жизни планет».

Результаты, опубликованные в Astronomical Journal, демонстрируют перспективное использование ИИ в астрономии, а также лучшее понимание эволюции молодых звезд и их планет.

«Конечно, когда мы говорим о „молодых“ звездах, то имеем в виду возраст от миллиона до 800 млн лет, — подчеркивает Адина Файнштейн, аспирантка Чикагского университета и первый автор статьи. — Любые планеты около звезды все еще формируются в этот момент. Это особенно важное время, и вспышка от звезды может легко испарить любую воду или атмосферу».

  • Создание нейронной сети

Телескоп НАСА TESS, установленный на борту спутника, который вращается вокруг Земли с 2018 года, специально разработан для поиска экзопланет. Вспышки от далеких звезд появляются на изображениях TESS, но традиционным алгоритмам сложно определить их форму.

Однако нейронные сети особенно хороши в поиске закономерностей — таких, как искусственный интеллект Google, который выбирает, например, автомобили из всех изображений в интернете, — и астрономы все чаще обращаются к ним для классификации астрономических данных.

Файнштейн и Монтет работали с группой ученых из НАСА, Института Флэтайрона, Национальной ускорительной лаборатории Ферми, Массачусетского технологического института и Техасского университета в Остине, чтобы собрать набор идентифицированных и «не-вспышек» для обучения нейронной сети.

  • Результаты эксперимента

И нейронная сеть оказалась действительно полезной для обнаружения небольших вспышек. Их действительно трудно найти другими методами, объясняют исследователи.

Убедившись в производительности нейронной сети, исследователи применили ее к полному набору данных, в котором было предоставлено более 3 200 звезд. Ученые обнаружили, что у таких звезд, как наше Солнце, было всего несколько вспышек, и они, похоже, исчезли через 50 млн лет после рождения звезды. Это хорошая новость для человечества.

«Более спокойная звездная среда означает, что у атмосферы планеты есть больше шансов на выживание», — подчеркивает Файнштейн.

Напротив, более холодные звезды, называемые красными карликами, вспыхивают гораздо чаще. У маленьких каменистых планет, которые обращаются вокруг таких звезд мало шансов на создание жизни.

Кстати, ученые хотят адаптировать нейронную сеть для поиска планет, скрывающихся вокруг молодых звезд.

В поисках обитаемых планет

В другом исследовании, опубликованном в журнале Monthly Notices of Royal Astronomical Society: Letters, подтвердилась теория о том, что звездные вспышки не особо способствуют появлению жизни на молодых планетах. Кроме того, ученые вывили закономерность между интенсивностью звездных вспышек и их влиянию на атмосферу планет.

Международная команда ученых выяснила, какие звезды с наибольшей вероятностью будут содержать обитаемые экзопланеты, на основе рассчитанных темпов эрозии планетных атмосфер.

Предоставлено: Университет Нового Южного Уэльса.

Исследователи доказали, что частые вспышки с низкой энергией оказывают большее воздействие на атмосферу экзопланеты, чем менее частые, но высокоэнергетичные вспышки. Больше шансов на возникновение жизни у планет, на родительских звездах которых замечены слабые и редкие вспышки. К таким звездам относится, например, наше Солнце. Хорошая новость для землян! Исследователи также выяснили, как разные типы звезд производят экстремальное ультрафиолетовое излучение (XUV) в результате звездных вспышек и как это влияет на близлежащие планеты.

Важно понимать, что способность поддерживать атмосферу — одно из важнейших требований для обитаемости планеты. Поскольку эффекты звездной активности не были достаточно изучены, исследование ученых из Центра космических наук Нью-Йоркского университета в Абу-Даби (NYUAD) упростит изучение экзопланет на предмет обитаемости. Это исследование также подчеркивает необходимость лучшего численного моделирования атмосферного ускользания — того, как планеты выбрасывают атмосферные газы в космос — поскольку это может привести к эрозии атмосферы и уменьшению пригодности планеты для жизни.

Учитывая непосредственную близость экзопланет к звездам, важно понимать, как «космическая погода» на них, может повлиять на обитаемость экзопланет. Следующим шагом ученых будет расширение набора данных для анализа звездных вспышек от большего количества звезд. Цель — увидеть долгосрочные эффекты звездной активности на атмосферу экзопланет и найти потенциально пригодные из них для жизни.

Читать также

Исследование: у части людей есть антитела к коронавирусу, хотя они им не болели

Самый большой айсберг в мире может столкнуться с обитаемым островом

Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное


Загрузка...