超级耀斑｜最耀眼的恒星“烟花秀”

来源：光明网2021-06-16 10:02

　　超级耀斑，一种爆发能量比典型太阳耀斑大万倍以上的恒星活动现象。随着时域天文学研究的深入开展，超级耀斑也越来越被人们所关注，其巨大的能量释放过程，对周围的行星系统一定是毁灭性的。就如电影《先知》中的结局一样，大规模太阳耀斑最后袭击了地球，如同“炙烤”一样的灾难性毁灭致使地球再无生灵。

　　太阳“发脾气”

　　1859年9月，英国业余天文学家里查德·卡林顿观测到了第一个太阳耀斑。伴随产生的日冕物质抛射，携带大量高能粒子袭击了地球的地磁层，而后产生了有记录以来最大的一次地磁暴事件。这次事件也就是人们熟知的“卡林顿事件”。包括中国南方在内的世界多地，甚至接近赤道的古巴地区都看到了这次事件所引起的极光现象。欧洲及北美地区的电报系统也遭受到了来自太阳高能粒子的破坏，以致通信连接时断时续。

　　与一众典型的普通太阳耀斑相比，超级耀斑所释放的能量则是他们的万倍以上。虽然太阳产生比“卡林顿事件”更大的超级耀斑的可能性较低，但此类现象却在其他恒星上不间断地上演着。

超级耀斑｜最耀眼的恒星“烟花秀”

图1. 如果太阳爆发超级耀斑致使地球“逃跑”（图源：屠作霖）

　　我们不由地要问：太阳真的会爆发超级耀斑吗？超级耀斑和典型太阳耀斑有怎样的异同？这一爆发事件又有着怎样的物理驱动机制？在搜寻可宜居行星的同时，恒星活动性是否又是另一个我们必须要考虑的宜居要素呢？

　　近日，南京大学王发印教授团队联合云南大学西南天文研究所王海峰博士利用美国凌星系外行星巡天望远镜TESS和我国重大科技基础设施LAMOST的数据对恒星超级耀斑进行了研究，他们试图利用恒星的光度变化以及光谱信息来获取上述问题的答案。研究成果发表在国际知名天文期刊（2021,ApJS,253,35）。

超级耀斑｜最耀眼的恒星“烟花秀”

图2. TESS观测天区（图源：https://tess.mit.edu/）

　　LAMOST联手TESS解惑超级耀斑

　　早在2000年，美国天文学家Cuntz等人就提出理论模型，认为恒星活动性的增强是由恒星与周围行星的磁场相互作用导致的。2012年，日本学者前原裕之等人通过统计美国Kepler数据中类太阳恒星（恒星表面温度以及重力与太阳都相似的一类恒星）的超级耀斑事件，发现类太阳恒星超级耀斑的爆发率与普通太阳耀斑爆发率具有相同的幂律指数结果，以此认为单一恒星爆发超级耀斑是完全可能的。

　　美国凌星系外行星巡天望远镜TESS于2018年4月发射升空，开启了肩负搜寻太阳系外行星的巡天任务。自2019年7月开始，TESS已经对北天区展开了为期一年的巡天观测。

　　我国第一个天文类重大科技基础设施LAMOST，作为全球光谱获取率最高的光谱巡天望远镜，自2012年起对北天区展开了持续的光谱巡天，且已经获取了千万量级的恒星光谱数据。研究人员从TESS数据中获取了由311颗类太阳恒星爆发的1272个超级耀斑事件。同时，7454颗TESS捕捉到的类太阳恒星在LAMOST的光谱数据中也得到了匹配。

　　LAMOST与TESS的强强联手，为研究人员进一步探索恒星超级耀斑提供了前所未有的机遇和数据支持。

超级耀斑｜最耀眼的恒星“烟花秀”

图3. TESS望远镜的示意图，背景是一颗恒星和它布满岩浆的行星（图源：NASA）

　　基于LAMOST的光谱数据，南京大学王发印教授、屠作霖等人测量了这些恒星的色球活动程度（S-index）。值得一提的是，恒星的色球活动与其黑子密切相关，其活动剧烈程度也与其磁场强度大致呈正比例关系。另外，TESS不仅提供了从光度变化曲线上搜索超级耀斑的可能性，还提供了对恒星表面黑子所占比例（Rvar）进行估计的机会，而恒星表面黑子大小与恒星爆发超级耀斑的能力直接相关。

超级耀斑｜最耀眼的恒星“烟花秀”

图4. 晨曦中的LAMOST （孔啸拍摄）

　　研究人员将爆发了超级耀斑的恒星（红色、黄色数据点）与没有爆发超级耀斑的恒星（蓝色数据点）进行了区分（下图所示）。他们发现爆发超级耀斑的那些恒星要比没有爆发超级耀斑的恒星具有更高的色球活动程度（S-index），同时也具有更高的表面黑子占比（Rvar）。此外，他们发现爆发超级耀斑的类太阳恒星同太阳相比具有更剧烈的色球活动以及更大的黑子覆盖率。

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