國家天文臺發現M型恆星活動性時間和空間演化規律

2020-11-23 澎湃新聞

國家天文臺發現M型恆星活動性時間和空間演化規律

中國科學院國家天文臺

2017-12-11 15:41

近期，國家天文臺博士楊卉沁及劉繼峰研究員等人，首次利用LAMOST和Kepler的數據揭示了M型恆星耀發與其自轉周期的三段式關係，以及其色球層和光球層的能量釋放關係。這些成果在揭示恆星結構演化及進一步認識內部能量釋放機制等方面都跨出了重要一步。

結合Kepler光變和LAMOST光譜數據，他們對M型星的耀發活動性進行了全面的研究，發現M型恆星的耀發活動性按自轉周期從短到長，依次處於超級飽和、飽和及指數衰減階段，並給出了恆星活動性的分界條件。同時發現，M型恆星耀發時的色球層和光球層的能量釋放成冪律關係，指數大約為2。並且證實在恆星的輻射發電機制到對流發電機制的轉變過程中，恆星活動性有大幅度提升。以上結論揭示了恆星的結構演化的細節，內部能量釋放的機制，並證實了恆星發電機制的理論預言。該項研究成果已在國際知名期刊《天體物理學報》( Yang et al. 2017, ApJ, 849，36）上發表。

在高解析度測光衛星Kepler正式運行之前，人們對於恆星活動性的研究主要是使用光譜的發射線（如Ca II，Hα等），自轉周期或者X射線光度等來粗略表徵。但是對於活動性更為直接的事件——耀發，卻知之甚少。由於耀發是磁重聯的結果，所以磁場的強度和位形對於恆星活動性有決定性的影響。傳統恆星磁發電機制認為，磁場的強弱主要由對流層的深淺和自轉的速度決定，但是對於其磁活動性與這些指標有何種正相關關係，不同大氣層的能量釋放，傳遞的機制等卻不甚清晰。同時，理論預言，當恆星完全對流時（恆星處於M4之後）發電機制將徹底改變，活動性有大幅提高。但由於觀測限制，一直沒有直接證據來證實該理論預言。隨著LAMOST大規模的巡天任務的開展，得益於其大樣本數據的支持，楊卉沁等人首次證實了恆星發電機制的理論預言。

研究人員通過對540個M型恆星的超過十萬個白光耀發事件的研究，發現其耀發活動性與周期呈現三段式的關係，即超級飽和、飽和、指數衰減階段。如下圖左上所示，進一步的研究發現，離心制動理論是出現超級飽和的主要原因。通過比較色球層指標Hα發射線的相對光度與耀發能量的關係，研究人員得到了非常好的指數關係，如下圖右上所示，並進一步揭示了其能量釋放關係，超級耀發的機制等問題。研究人員結合恆星耀發能量與光譜類型的關係，揭示了恆星在完全對流前後（M4左右），活動性有大幅度提升。這是恆星發電機理論最直接有力的證據。如左下圖所示。同時，研究人員通過比較耀發能量，周期，發射線等，發現自轉周期10天可以作為恆星活動與不活動的邊界條件，如右下圖所示。論文審稿人對該工作給予了高度評價，認為該工作對相關領域做出了全面，透徹且很有價值的研究。

左上圖是恆星耀發活動性與周期的關係，右上圖是恆星色球層耀發能量和光球層耀發能量的關係，左下圖是恆星活動性與溫度的關係，右下圖是發射線星和非發射線星與周期的關係。  中國科學院國家天文臺 圖

（原題：國家天文臺研究人員通過lamost數據發現M型恆星活動性時間和空間演化規律）

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