Bo Zhang's Homepage
..The universe is unfolding as it should..

2018-2-5

HD 4915:一颗正处蒙德极小期的恒星?

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 7:14 pm

按照太阳每个活动周平均持续11年的规律,从1645年到1715年,太阳黑子应该消长6轮有余。但历史记录表明,在这70年里,黑子数量哪怕说不是完全等于0,也与销声匿迹所差无几。该时期以第一次将其称为“持续黑子极小期”的英国天文学家E·W·蒙德(E. W. Maunder)命名。后来人们陆续注意到了更晚些时候出现的Dalton极小期和年代更早的Spörer极小期,期间太阳峰年的黑子计数也较平均水平明显为低。如果历史观测记录可靠,这些极小期就可以认为是太阳磁场的持续宁静期,可能蕴涵着解密太阳活动以至演化轨迹的钥匙。

1610年到2008年间的太阳黑子计数,蒙德极小期是图中左侧的凹陷,而1800年前后的峰年黑子计数也较典型值偏小,这段时间被称为Dalton极小期。(图片提供:NASA/MSFC)

从另一个角度来看,太阳只是银河系中千亿颗成员星之一,而且并不具备格外特殊之处,所以出现在太阳上的活动现象同时也会在其他恒星上出现。与其争辩过往档案中太阳黑子记载的可靠性,又或者是寄希望于下一次太阳持续极小期的出现,倒不如放眼全天,看一看同类天体上是否正在发生这类情况,而这就是宾夕法尼亚州立大学的Shivani P. Shah等人在上月底发表的一篇论文中所要做的事情。

其他恒星上是否拥有黑子,而且此类现象有无可能表现出类似的周期性?这两个问题的答案都是肯定的。当然,除了参宿四这样的个例,现在我们并没有能力解析出绝大多数恒星的表面结构,更遑论小尺度的黑子。不过黑子的活跃与否并不仅仅表现为恒星视圆面上暗斑的多寡。在太阳活动的峰年,耀斑、日冕物质抛射等其他事件发生的概率也大大提升,太阳在紫外和高能波段流量都要增加。比如利用这条规律,天文学家已经发现,除太阳外距离地球最近的恒星——半人马比邻星就表现出了紫外/X射线光度的7年变化周期,据信这与该星的活动周密切相关。当然,对于与比邻星类似的M型矮星来说,据信它们在年轻时代的磁场活跃度更高,往往以耀星的面目示人,其活动的规律性就不会如此显著了。

1991年到2001年间太阳的X射线光度变化,这段时间几乎覆盖了一个完整的活动周。

除了昭示剧烈活动的紫外或高能辐射,还有一组光学谱线在研究太阳活动时不容忽略——电离钙元素的H和K发射线,对应波长分别是3968与3934埃。这两条钙线的强度正比于日面磁场加热太阳色球层的水平,因此被视作太阳全球磁场的代言人,黑子数越多则其强度越大。其他恒星也理应遵循这条规律,这次Shah等人选择了它们作为考察其他恒星活动水平的媒介。

Shah并非借助电离钙线寻找其他恒星活动极小期的第一人。实际上早在50年前,威尔逊天文台就开始了这方面的尝试,最终积累了涵盖数十年的数据。不过钙线强度同恒星磁场活动的关联是个复杂的问题,会受到恒星的年龄、光谱型、金属元素丰度、引力等等诸多因素的影响。这些年来,不同的观测者就利用钙线筛选极小期的标准争议不休,由此自然也就没能提出正处极小期恒星的可信目标。

Shah所使用的数据来自2006年至今由凯克望远镜执行的加州径向速度行星搜索巡天项目。目标恒星HD 4915是一颗类太阳的G5V型星,年龄介于6到44亿年之间。为了与威尔逊天文台当年的HK计划保持一致,所有光谱数据先被转换成了以HK计划仪器单位描述的S指数(可以被视作H和K线线核的宽度,数值越大则对应的活动性越强)。这颗恒星将10余年间的S指数演化描绘出来,不难发现其中表现出的两个活动周:

图片来源:Shah et al. (2018)

从这些数据来看,HD 4915的活动周期大约在4年左右。在加州径向速度行星搜索巡天开始之时,这颗恒星恰好处在活动峰年;而出现在2010到2011年间的第二个峰年的活动水平明显较第一个为弱。更有甚者,第三个峰年直到2016-2017年间方才出现,足足推迟了两年;其强度只及2008-2009年之间的第一个极小状态。

如果将这十年间HD 4915光谱S指数的变化视作该恒星磁场活动衰减的证明,并认为这是可能的持续极小期的前奏,那么很自然的问题就是,几百年前,太阳在刚刚开始进入蒙德极小期时的表现是怎样的?当时光谱观测仪器尚未发明,今人只能再次从太阳黑子观测记录中寻找线索。在极小期开始之前的两个活动周,太阳黑子计数出现了陡降;而在走出极小期之后,黑子数也是花费了两个周期才恢复正常。

进(上)出(下)蒙德极小期时太阳黑子计数的时间演化序列,其中下图为时间倒序,可见两图十分类似。(图片来源:Shah et al. 2018

S指数和黑子都可以被视作星球整体磁场的度量方式。近12年来,HD 4915的S指数也是在两个活动周期内出现了骤降,最终第三个活动周不仅没能如期来临,其貌似的峰年也实在名不副实,这与蒙德极小期前太阳黑子的数量演变(以及走出极小期后的黑子时间倒序)非常相像。

基于此,这项研究将HD 4915视作极有希望的持续极小期恒星候选对象。只是它虽然存在类似太阳的周期性活动,但未必像太阳那样只具有单一的周期——先前已经有学者发现,活动周不足5年的恒星具有较大概率拥有多周期行为。所以Shah等人辨认出的峰年S指数衰减究竟要如何解释,还要依赖于未来对该恒星的长期后续观测。不过倘或HD 4915进入类似蒙德极小期状态的行为最终得到了确认,对恒星物理的意义将是十分重大的。

No Comments

No comments yet.

RSS feed for comments on this post.

Sorry, the comment form is closed at this time.

首页 | 天文 | 科学 | 摄影 | 模型 | CV | 版权声明 | 联系站长
京ICP备05002854号-2 Powered by WordPress Version 2.0.6
Licensed under Creative Commons Licenses

porno izle