Leimahdustähdet (flare-tähdet): punaiset kääpiöt, Proxima ja syyt
Leimahdustähdet: punaiset kääpiöt, Proxima Centauri ja magneettiset purkaukset — syyt, vaikutukset planeetoille ja viimeisimmät havainnot.
Valonpurkaustähti on muuttuva tähti, joka kirjaimellisesti "leimahtaa" ja kirkastuu ennalta arvaamattomasti voimakkaasti muutamaksi minuutiksi tai tunniksi kerrallaan. Purkaukset voivat olla pienempiä, nopeasti ohi olevia tapahtumia tai hyvin suuria purkauksia, joita kutsutaan superflares-tyyppisiksi.
Mekaniikka — mistä leimahdukset syntyvät?
Purkaukset tapahtuvat purkaustähdissä samalla tavalla kuin auringonpurkaukset. Ne johtuvat magneettisesta toisintumisesta eli magnetic reconnection-ilmiöstä tähtiä ympäröivässä kaasukehässä ja koronassa. Kun tähtien magneettikenttälinjat katkeavat ja kietoutuvat uudelleen, vapautuu suuri määrä energiaa, joka lämmittää paikallista ainetta ja kiihdyttää varautuneita hiukkasia.
Tämän seurauksena kirkkaus kasvaa nopeasti koko spektrin alueella — röntgensäteistä ja ultraviolettivalosta näkyvään valoon, röntgensäteistä aina radioaaltoihin asti. Purkausten aikana nähdään usein voimakkaita emissioviivoja (esim. H‑alfa), lyhytaaltoista UV- ja röntgensäteilyä sekä satunnaisesti radioheilahduksia ja hiukkas-episodien kaltaisia suoravirtauspurkauksia.
Purkauksen suuruusluokka ja kesto
Leimahdukset kestävät tyypillisesti minuuteista muutamiin tunteihin. Energiaskaala vaihtelee laajasti: pienemmät purkaukset voivat olla verrattavissa A–B-luokan aurinkomyrskyihin, kun taas suurimmat superflare-purkaukset voivat vapauttaa energiaa jopa monia kertaluokkia Auringon suurimpiin purkauksiin verrattuna (arvioita usein 10^30–10^38 ergien luokkaa riippuen lähteestä ja purkauksen tyypistä).
Punaiset ja ruskeat kääpiöt — yleisimmät purkaustähdet
Useimmat leimahdustähdet ovat himmeitä punaisia kääpiöitä (M‑tyypin tähdet). Monet näistä ovat voimakkaasti magnetisoituneita, koska pienemmillä tähdillä — erityisesti alle noin 0,35 M⊙ massaisilla tähdillä — koko tähti on usein konvektiivinen, mikä muuttaa magneettidynamiikkaa ja voi ylläpitää hyvin voimakkaita magneettikenttiä. Myös vähemmän massiiviset (kevyemmät) ruskeat kääpiöt voivat leimahtaa.
Lisäksi tiedetään, että myös massiivisemmissa kaksoistähtijärjestelmissä, kuten RS Canum Venaticorum -muuttujissa (RS CVn), esiintyy voimakkaita leimahduksia. Tässä tapauksessa kumppanitähden vuorovaikutus häiritsee magneettikenttää ja voimistaa aktiivisuutta.
Historia ja luokittelu
Ensimmäiset tunnetut leimahdustähdet löydettiin vuonna 1924 — nämä olivat V1396 Cygni ja AT Microscopii. Myöhemmin erityisesti UV Ceti (löydetty 1948) tuli tunnetuksi ja samankaltaiset tähdet luokitellaan usein UV Ceti -tyyppisiksi muuttuviksi tähdiksi. Leimahdukset voivat esiintyä hyvin usein — muutaman päivän välein joillain tähdillä — tai harvakseltaan, kuten esimerkiksi Barnardin tähdellä.
Proxima Centauri — lähin leimahdustähti
Proxima Centauri, Aurinkokuntaa lähin tähti, on aktiivinen leimahdustähti (tyypiltään M‑tyypin flare‑tähti). Proxima on lähietäisyytensä takia tärkeä kohde, ja sitä on seurattu runsaasti eri aallonpituuksilla: se tuottaa usein pieniä purkauksia ja ajoittain myös voimakkaampia tapahtumia. Tällainen aktiivisuus herättää kiinnostusta erityisesti siksi, että Proxima kiertää planeetta (Proxima b), jonka habitabiliteettiin purkaukset ja kovat säteilyepisodit vaikuttavat merkittävästi.
Seurausten merkitys eksoplaneetoille ja habitabiliteetille
Flaring‑tapahtumat lähettävät voimakasta UV‑ ja röntgensäteilyä sekä nopeita hiukkasvirtoja, jotka voivat ionisoida ja lämmittää planeettojen ilmakehiä. Tämä voi johtaa ilmakehän hävikkiin, kemiallisiin muutoksiin (esim. otsonikerroksen tuhoutuminen) ja siten heikentää pinnan habitabiliteettia. Erityisen herkkiä ovat eksoplaneetat, jotka kiertävät punaisia kääpiöitä hyvin läheltä elinkelpoisella vyöhykkeellä — siellä planeetat altistuvat usein toistuville purkauksille ja mahdollisesti koronalempausten kaltaisille tapahtumille.
Havaintomenetelmät
Leimahduksia havaitaan monilla tavoilla: optisilla teleskoopeilla (valon kirkastumisen seuranta), spektrianalyyseillä (emissioviivat), röntgen‑ ja UV‑satelliiteilla (esim. Chandra, XMM‑Newton, Swift) sekä radio‑antenniryhmillä (kuten VLA, LOFAR). Viimeaikaiset avaruusluotaimet ja tilannevalvovat valomittarit (esim. TESS, Kepler/K2) ovat lisänneet leimahdustähtien löytöjä ja mahdollistaneet purkausten tilastollisen tutkimisen suuressa määrässä tähtiä.
Tiivistelmä
- Leimahdustähdet ovat tähtiä, jotka kirkastuvat nopeasti magneettisten purkausten seurauksena.
- Useimmat niistä ovat punaisia kääpiöitä, mutta leimahduksia esiintyy myös ruskeilla kääpiöillä ja tietyissä kaksoisjärjestelmissä.
- Purkauksen vaikutukset ulottuvat röntgenistä radioon ja voivat merkittävästi vaikuttaa kiertävien planeettojen ilmakehään ja habitabiliteettiin.
- Kohteita kuten Proxima Centauri seurataan tiiviisti niiden aktiivisuuden sekä eksoplaneettojen elinkelpoisuuden arvioimiseksi.
Läheiset flare-tähdet
Flare-tähdet säteilevät suhteellisen vähän valoa, mutta niitä on löydetty jopa 1 000 valovuoden päässä Maasta.
Proxima Centauri
Proxima Centauri on lähempänä Aurinkoa kuin mikään muu tähti, ja se on leimahdustähti. Proxima Centauri lisää kirkkauttaan satunnaisesti ja magneettinen voima aiheuttaa tämän. Konvektio luo magneettikentän koko Proxima Centaurin aineeseen, ja tämä johtaa soihdutukseen, jonka röntgensäteilyn kokonaisteho on samanlainen kuin Auringon, vaikka Aurinko on paljon massiivisempi (raskaampi) kuin Proxima Centauri.
Susi 359
Wolf 359 on toinen tähti, joka sijaitsee suhteellisen lähellä Aurinkokuntaa Leijonan tähdistössä, ja sillä on myös muita nimiä (nimityksiä). Se on punainen kääpiö, jonka spektriluokka on M6,5, ja se lähettää röntgensäteilyä. Se on UV Ceti flare -tähti, ja se purkautuu suhteellisen usein.
Keskimääräinen magneettikenttä vaihtelee merkittävästi jopa kuuden tunnin jaksoissa. Vertailun vuoksi mainittakoon, että Auringon magneettikenttä on keskimäärin 1 G (100 μT), vaikka se voi nousta jopa 3 kG (0,3 T) aktiivisilla auringonpilkkualueilla.
Barnardin tähti
Barnardin tähti on toiseksi lähin tähtijärjestelmä aurinkoamme, ja tutkijat epäilevät sen olevan leimahdustähti.
TVLM513-46546
TVLM513-46546 on nimi, jonka tutkijat antavat erittäin pienimassaiselle tähdenlennolle. Tämä pieni tähti on juuri ja juuri tarpeeksi painava, jotta se voidaan laskea punaiseksi kääpiöksi.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on roihutähti?
A: Soihtutähti on muuttuva tähti, joka muuttuu ennalta arvaamattomasti paljon kirkkaammaksi muutamaksi minuutiksi kerrallaan. Näissä tähdissä tapahtuu leimahduksia tähden ilmakehässä olevien magneettisten häiriöiden vuoksi, ja niiden kirkkaus lisääntyy koko spektrillä röntgensäteilystä radioaaltoihin.
K: Milloin ensimmäiset tunnetut leimahdustähdet löydettiin?
V: Ensimmäiset tunnetut leimahdustähdet löydettiin vuonna 1924, ja ne olivat V1396 Cygni ja AT Microscopii.
K: Mikä on tunnetuin esimerkki leimahdustähdestä?
V: Tunnetuin esimerkki leimahdustähdestä on UV Ceti, joka löydettiin vuonna 1948.
K: Kuinka usein Barnardin tähdellä esiintyy leimahduksia?
V: Barnardin tähdellä voi esiintyä purkauksia muutaman päivän välein tai harvemmin.
K: Onko Proxima Centauri myös leimahdustähti?
V: Kyllä, Proxima Centauri on myös leimahdustähti.
K: Minkä tyyppiset tähdet pystyvät todennäköisimmin tuottamaan purkauksia?
V: Useimmat leimahdustähdet ovat himmeitä punaisia kääpiöitä, vaikka myös vähemmän massiiviset (kevyemmät) ruskeat kääpiöt voivat tuottaa leimahduksia. Myös massiivisempien (raskaampien) RS Canum Venaticorum -muuttujien (RS CVn) tiedetään aiheuttavan purkauksia, jotka johtuvat siitä, että kaksoisjärjestelmien seuralastähdet häiritsevät niiden magneettikenttiä.
Kysymys: Onko olemassa vastaavia esimerkkejä Auringon kaltaisista tähdistä, jotka tuottavat purkauksia? V: Kyllä, yhdeksän Auringon kaltaisen tähden on havaittu tuottavan purkauksia, jotka voivat johtua siitä, että massiiviset planeetat, kuten Jupiter, kiertävät niitä läheisesti ja häiritsevät niiden magneettikenttiä.
Etsiä