תמונת אינפרא אדום של גל ההלם (קשת אדומה) שנוצרה על ידי כוכב הענק המסיבי Zeta Ophiuchi בענן אבק בין כוכבי. הרבה יותר קשה לראות את הרוחות הקלות של כוכבים דמויי שמש. קרדיט: NASA/JPL-Caltech; נאס"א וצוות מורשת האבל (STScI/AURA); CR O'Dell, אוניברסיטת ונדרבילט
אסטרופיזיקאים מכמתים את האובדן ההמוני של כוכבים באמצעות רוחות הכוכבים שלהם
צוות מחקר בינלאומי בראשות חוקר מאוניברסיטת וינה זיהה לראשונה רוחות כוכבים משלושה כוכבים דמויי שמש על ידי רישום פליטת קרני הרנטגן מהאסטרוספרות שלהם, והציב מגבלות על קצב אובדן המסה של הכוכבים. באמצעות רוחות הכוכבים שלהם. המחקר פורסם ב אסטרונומיה של הטבע.
אסטרוספרות, אנלוגים כוכביים של ההליוספירה המקיפה את מערכת השמש שלנו, חמות מאוד פְּלַסמָה בועות המועפות על ידי רוחות כוכבים לתוך המדיום הבין-כוכבי, חלל מלא בגז ואבק. חקר רוחות הכוכבים של כוכבים בעלי מסה נמוכה הדומים לשמש מאפשר לנו להבין את התפתחות הכוכבים והכוכבים, ובסופו של דבר את ההיסטוריה והעתיד של הכוכב ומערכת השמש שלנו. רוחות כוכבים מניעות תהליכים רבים המתאדים אטמוספרות פלנטריות לחלל ולכן מובילות לאובדן מסה אטמוספרית.
למרות ששיעורי הבריחה של כוכבי לכת מעל שעה או אפילו שנה הם זעירים, הם פועלים על פני תקופות גיאולוגיות ארוכות. ההפסדים מצטברים ויכולים להוות גורם מכריע לכוכב לכת המתפתח לעולם ראוי למגורים או לסלע חסר אוויר. למרות חשיבותן לאבולוציה של כוכבים וכוכבי לכת כאחד, רוחות של כוכבים דמויי שמש ידועות לשמצה שקשה להגביל אותם. מורכבים בעיקר מפרוטונים ואלקטרונים, הם מכילים גם כמות קטנה של יונים כבדים יותר (כגון חמצן, פחמן). יונים אלה הם שעל ידי לכידת אלקטרונים מהנייטרלים של המדיום הבין-כוכבי סביב הכוכב, פולטים קרני רנטגן.
זוהתה פליטת קרני רנטגן מאסטרוספרות
צוות מחקר בינלאומי בראשות קריסטינה קיסליאקובה, מדענית בכירה במחלקה לאסטרופיזיקה של אוניברסיטת וינה, זיהה לראשונה את פליטת קרני הרנטגן מהאסטרוספרות סביב שלושה כוכבים דמויי שמש, מה שנקרא כוכבי רצף ראשי אשר הם כוכבים בשיא חייהם, ולפיכך תיעדו רוחות כאלה לראשונה באופן ישיר, מה שמאפשר להם להציב אילוצים על קצב אובדן המסה של הכוכבים באמצעות רוחות הכוכבים שלהם.
תוצאות אלו, המבוססות על תצפיות עם טלסקופ החלל XMM-Newton, מתפרסמות כעת ב אסטרונומיה של הטבע. החוקרים צפו בטביעות האצבע הספקטרליות (מה שנקרא קווים ספקטרליים) של יוני החמצן עם XMM-Newton והצליחו לקבוע את כמות החמצן ובסופו של דבר את המסה הכוללת של רוח הכוכבים שנפלטת על ידי הכוכבים. עבור שלושת הכוכבים עם אסטרוספרות שזוהו, בשם 70 Ophiuchi, epsilon Eridani ו-61 Cygni, החוקרים העריכו את שיעורי אובדן המסה שלהם ב-66.5±11.1, 15.6±4.4 ופי 9.6±4.1 משיעור אובדן המסה הסולארית, בהתאמה. משמעות הדבר היא שהרוחות מהכוכבים הללו חזקות בהרבה מרוח השמש, מה שעשוי להיות מוסבר על ידי פעילות מגנטית חזקה יותר של כוכבים אלה.
תמונת XMM-Newton של הכוכב 70 Ophiuchi (משמאל) ופליטת קרני הרנטגן מהאזור ("annulus") המקיפה את הכוכב המיוצגת בספקטרום על פני האנרגיה של פוטוני רנטגן (מימין). רוב הפליטה מורכבת מפוטוני רנטגן מהכוכב עצמו אך מפוזרים בתוך טלסקופ התצפית ולרוחב המצלמה (בקירוב לפי הדגם המוצג עם הקו הכחול), אך ישנה תרומה משמעותית סביב קו החמצן K-alpha ב- אנרגיה של 0.56 keV שמקורה מהאסטרוספרה המורחבת ולא מהכוכב (תרומה זו כלולה במודל האדום). קרדיט: Kislyakova et al. אסטרונומיה של הטבע, 10.1038/s41550-024-02222-x, 2024
"במערכת השמש, פליטת חילופי מטענים של רוח שמש נצפתה מכוכבי לכת, שביטים והליוספירה ומספקת מעבדה טבעית לחקור את הרכב רוח השמש", מסבירה המחברת הראשית של המחקר, קריסטינה קיסליאקובה. "התבוננות בפליטות זו מכוכבים רחוקים היא הרבה יותר מסובכת בגלל התעלפות האות. בנוסף לכך, המרחק לכוכבים מקשה מאוד על פירוק האות הנפלט מהאסטרוספרה מפליטת קרני הרנטגן בפועל של הכוכב עצמו, שחלקה "מפוזר" על פני שדה הראייה של הכוכב עצמו. טלסקופ עקב אפקטים אינסטרומנטליים.
"פיתחנו אלגוריתם חדש כדי להפריד בין הכוכבים לבין התרומות האסטרוספריות לפליטת אותות חילופי מטענים שזוהו שמקורם ביוני חמצן של רוח כוכבים ובמדיום הבין-כוכבי הנייטרלי שמסביב של שלושה כוכבים ברצף ראשי. זו הייתה הפעם הראשונה שבה זוהתה פליטת חילופי מטענים של קרני רנטגן מאסטרוספרות של כוכבים כאלה. שיעורי אובדן המסה המשוערים שלנו יכולים לשמש אמת מידה למודלים של רוח כוכבים ולהרחיב את העדויות התצפיתיות המוגבלות שלנו לרוחות של כוכבים דמויי שמש."
סיכויי עתיד והתקדמות טכנולוגית
מחבר שותף מנואל גודל, גם הוא מאוניברסיטת וינה, מוסיף: "היו מאמצים כלל עולמיים במשך שלושה עשורים לבסס את נוכחות הרוחות סביב כוכבים דמויי שמש ולמדוד את החוזק שלהם, אך עד כה רק עדויות עקיפות המבוססות על השפעותיהם המשניות על הכוכב או סביבתו רמזו לקיומן של רוחות כאלה; הקבוצה שלנו ניסתה בעבר לזהות פליטת רדיו מהרוחות, אך יכלה להציב גבולות עליונים רק לעוצמות הרוח מבלי לזהות את הרוחות עצמן. התוצאות החדשות שלנו, המבוססות על קרני רנטגן, סוללות את הדרך למציאת רוחות אלו ואף להדמיה ישירות ולחקור את האינטראקציות שלהן עם כוכבי לכת מסביב."
"בעתיד, שיטה זו של זיהוי ישיר של רוחות כוכבים בקרני רנטגן תתאפשר הודות למכשירים עתידיים ברזולוציה גבוהה, כמו הספקטרומטר X-IFU של משימת Athena האירופית. הרזולוציה הספקטרלית הגבוהה של X-IFU תפתור את המבנה העדין יותר ואת יחס הפליטה של קווי החמצן (כמו גם קווים חלשים אחרים), שקשה להבחין בהם ברזולוציית CCD של XMM, ותספק אילוצים נוספים על מנגנון הפליטה; פליטה תרמית מהכוכבים, או חילופי מטען לא תרמי מהאסטרוספרות." – מסבירה חוקרת CNRS דימיטרה קוטרומפה, מחברת שותפה למחקר.
