Čak su i najmirniji crveni patuljci divlji od Sunca

Ima nešto preteće u vezi sa crvenim patuljcima. Ljudske oči su navikle na naše dobroćudno žuto Sunce i toplu svjetlost koju obasjava našu slavnu planetu prekrivenu životom. Ali crveni patuljci mogu djelovati neraspoloženo, loše raspoloženje, pa čak i slutnje.

Dugo vremena mogu biti mirni, ali onda mogu nasilno bljesnuti, bljeskajući upozorenje svakom životu koji bi mogao dobiti uporište na obližnjoj planeti.

Crveni patuljci (M patuljci) su najčešći tip zvijezda na Mliječnom putu. To znači da većina egzoplaneta kruži oko crvenih patuljaka, a ne lijepih, dobro ponašanih zvijezda G tipa poput našeg Sunca. Kako astronomi detaljnije proučavaju crvene patuljke, otkrili su da crveni patuljci možda nisu najbolji zvjezdani domaćini kada je u pitanju nastanjivost egzoplaneta. Brojne studije su pokazale da crveni patuljci mogu nasilno bljesnuti, emitujući dovoljno snažno zračenje da obližnje planete učine nenastanjivim, čak i kada su čvrsto u zoni potencijalno nastanjive.

Ali još uvijek postoji mnogo toga što astronomi ne znaju o crvenim patuljcima i njihovoj divljoj prirodi. Nova studija ispitala je 177 M-patuljaka kako bi bolje razumjela njihovu dugoročnu varijabilnost. Istraživači su otkrili da je ponašanje crvenih patuljaka složenije nego što se mislilo, a čak su i najmirniji crveni patuljci divlji od Sunca.

Studija je pod nazivom “Karakterizacija zvjezdane aktivnosti M patuljaka. I. Dugoročna varijabilnost u velikom uzorku i otkrivanje novih ciklusa.” Rad će biti objavljen u časopisu Astronomy and Astrophysics. Glavni autor je Lucile Mignon, postdoktorski istraživač sa Univerziteta Grenoble Alpes i Francuskog nacionalnog centra za naučna istraživanja (CNRS).

Sve zvezde su promenljive u jednom ili drugom stepenu. Sunce prati ciklus od 11 godina tokom kojeg broj sunčevih pjega na površini naše zvijezde raste i opada. Sve je povezano sa magnetskom aktivnošću. Ali nastanjivost zavisi od dugoročnijih ciklusa. Život napreduje u mnogo dužim vremenskim okvirima od nekoliko godina. Životu na Zemlji bile su potrebne milijarde godina da se zaista pokrene.

To je jedan od razloga zašto su astrofizičari zainteresirani za crvene patuljke i njihovu dugoročnu varijabilnost. Život se na Zemlji pojavio prije oko 3,5 milijardi godina, ali složeni život se zaista pojavio prije oko 540 miliona godina tokom kambrijske eksplozije. Ako život općenito slijedi sličan vremenski okvir, može li varijabilnost crvenog patuljka spriječiti život da opstane?

Promatranje crvenih patuljaka i donošenje bilo kakvih zaključaka je težak izazov. Naše Sunce možemo posmatrati veoma detaljno, posebno poslednjih godina. Flota svemirskih letjelica – uključujući Parker Solar Probe, Solar Orbiter, Solar and Heliospheric Orbiter i druge – posvećena je detaljnom praćenju. Takođe smo posmatrali Sunce i njegovu aktivnost tokom dužeg vremenskog perioda.

Nažalost, nismo bili u mogućnosti da pratimo pojedinačne crvene patuljke u ekstremno dugim vremenskim periodima. Umjesto toga, istraživači se moraju zadovoljiti skupovima podataka koji obuhvataju nekoliko decenija ili tako nešto. U ovom novom istraživanju, Mignon i njeni koautori ispitali su 177 M patuljaka koje je HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) posmatrao od 2003. do 2020. Aktivnost u ovoj vremenskoj skali sadrži naznake o tome kako se ove zvijezde ponašaju u dužim periodima.

HARPS je u suštini spektrograf i iz njega su autori ove studije prikupili hromosferske emisije za crvene patuljke. Emisije kromosfere proizlaze iz aktivnosti magnetnog polja zvijezde, a ne njene fuzije. Spaljivanje je artefakt magnetske aktivnosti, tako da proučavanje blještanja znači proučavanje hromosfere zvijezde. Tim je također analizirao fotometrijske karakteristike crvenih patuljaka uz hromosferske emisije.

Poteškoće u proučavanju varijabilnosti crvenog patuljka proizlaze iz naših ograničenih dugoročnih podataka. “Nedvosmislena identifikacija ciklusa zahtijeva mjerenja koja pokazuju njegovo ponavljanje u nekoliko perioda. Za to su potrebni podaci uzeti u dužem vremenskom periodu”, objašnjavaju.

U nedostatku toga, istraživači su radili s idejom onoga što nazivaju ‘godišnjim dobima’. Identificiranjem godišnjih doba za pojedine zvijezde, mogli bi bolje analizirati podatke. „Ova godišnja doba definisali smo kao binove od 150 dana (da bismo usredsredili modulaciju rotacije što je moguće bolju) sa najmanje pet posmatranja (150 dana je tipična maksimalna granica za period rotacije M patuljaka), i razmacima između posmatranja kraćih od 40 dana u kanti od 150 dana”, objašnjavaju.

To je identificiralo poduzorak od 57 zvijezda.

Rezultati pokazuju da je varijabilnost ključna karakteristika među M patuljcima. “Utvrdili smo da je većina zvijezda značajno varijabilna, čak i najtiše zvijezde”, napisali su istraživači. “Većina zvijezda u našem uzorku (75%) pokazuje dugoročnu varijabilnost, koja se manifestira uglavnom kroz linearnu ili kvadratnu varijabilnost, iako pravo ponašanje može biti složenije.” (Linearna varijabilnost je jednostavnija, dok kvadratna varijabilnost sugerira ciklus.)

Istraživači su u svom uzorku pronašli cikluse u rasponu od nekoliko godina do više od 20 godina. Ali brzo ističu da njihova otkrića imaju ograničenja i da je njihova studija samo početni korak ka boljem razumijevanju crvenih patuljaka. Za mnoge zvijezde postoji jaka indikacija da postoji dugoročna varijabilnost. “… bolje uzorkovane zvijezde bi mogle pokazati složenije ponašanje da su bile bolje uzorkovane”, pišu oni. Ali ipak, njihovi rezultati su “… međutim indikativni za snažno prisustvo dugoročne varijabilnosti i ukazuju na to da ove zvijezde imaju snažnu dugoročnu varijabilnost, što je važno kada se traga za egzoplanetima.”

Moglo bi postojati više slojeva ciklusa i varijabilnosti koji utiču jedni na druge, čineći ponašanje zvijezda vrlo teškim za dešifriranje. Njihovo zbunjujuće ponašanje „… može biti posledica složene osnovne varijabilnosti u različitim vremenskim razmacima istovremeno“, pišu autori.

Istraživači kažu da su čak i sa svojim ograničenim podacima postigli napredak. “Međutim, čak i ako vremensko pokrivanje nije dovoljno za neke zvijezde, naši podaci se mogu koristiti za procjenu minimalnog perioda ciklusa ako postoji.” Ali neki zaključci su za sada nedostižni. Njihova analiza “… nije dovoljna da garantuje da je signal periodičan ili čak kvaziperiodičan.”

Odgovor na zakucavanje za nastanjivost crvenog patuljka za sada je nedostižan. Može biti da, kao što ova studija nagoveštava, postoji tolika varijabilnost između crvenih patuljaka da su zauvek nepredvidivi. Ali nemojte se kladiti protiv nauke koja otkriva više detalja.

Paljenje crvenog patuljaka je dobro dokumentovano. Najmoćnija zvjezdana baklja ikad otkrivena došla je od crvenog patuljka. U 2019. godini, Proxima Centauri, crveni patuljak i naš najbliži zvjezdani susjed, emitovao je bljesak 14.000 puta sjajniji od svog blještavog sjaja, a trebalo mu je samo nekoliko sekundi da bljesne tako sjajno. Egzoplaneta Proxima Centauri b nalazi se u potencijalno nastanjivoj zoni zvijezde, a tako sjajna baklja mogla bi eliminirati mogućnost života ili čak tečne vode na planeti. Čak i kada bi Proxima Centauri bljesnula tako sjajno svakih milion godina, ili čak i duže, to bi moglo eliminirati mogućnost života.

Potraga za životom ili nastanjivanjem na drugim svjetovima neizbježno uključuje fokus na crvene patuljke. Njihova obilje znači da ih je potrebno dublje proučavati. Moglo bi se završiti tako da su mnoge planete za koje mislimo da bi mogle biti nastanjive, poput dobro poznatih planeta TRAPPIST-1, jednostavno podvrgnute previše radijacije od svojih crvenih patuljaka. Što su varijabilnije, to je manje vjerovatno da će život opstati, pa čak i procvjetati na egzoplanetama oko crvenih patuljaka.

Više: