艺术家描绘的恒星-行星系统。恒星周围的恒星风及其对行星大气的影响是可见的。资料来源:aiP/ K. Riebe/ J. Fohlmeister编辑
一项突破性的研究表明，具有强磁场的冷恒星会产生强大的恒星风，这是评估系外行星系统可居住性的关键信息。
由波茨坦莱布尼茨天体物理研究所(AIP)的科学家领导的一项研究，利用最先进的数值模拟，首次系统地描述了冷恒星样本中恒星风的特性。他们发现，磁场更强的恒星会产生更强大的风。这些风为行星大气的生存创造了不利的条件，从而影响了这些系统的可居住性。
冷恒星的分类
太阳是宇宙中最丰富的恒星之一，被称为“冷星”。这些恒星分为四类(F型、G型、K型和m型)，它们的大小、温度和亮度各不相同。太阳是一颗相当普通的恒星，属于g类。比太阳更亮、更大的恒星属于F类，而K类恒星比太阳略小、温度略低。最小和最暗淡的恒星是M星，也被称为“红矮星”，因为它们发出的大部分光的颜色是红矮星。
太阳风及其影响
卫星观测显示，除了光之外，太阳还会发出一种持续不断的粒子流，即太阳风。这些风穿过行星际空间，与包括地球在内的太阳系行星相互作用。北极和南极附近美丽的极光实际上就是由这种相互作用产生的。然而，这些风也可能是有害的，因为它们会侵蚀稳定的行星大气，就像火星上的情况一样。
虽然我们对太阳风的了解很多——部分归功于太阳轨道飞行器等任务——但对其他冷恒星的了解并不多。问题是我们无法直接看到这些恒星风，这限制了我们研究它们对填充星系中恒星之间空洞的稀薄气体的影响。然而，这种方法有一些局限性，并且只适用于少数恒星。这促使使用计算机模拟和模型来预测恒星风的各种特性，而不需要天文学家观察它们。
Pio恒星风特性的工程研究
在这种情况下，AIP恒星物理和系外行星部门的博士生Judy Chebly，科学家Julián D. Alvarado-Gómez博士和部门负责人Katja Poppenhäger教授与哈佛大学和史密森尼天体物理中心的Cecilia Garraffo合作，对F, G, K和M恒星的恒星风特性进行了首次系统研究。
为此，他们采用了目前最复杂的模型之一进行数值模拟，由21颗观测良好的恒星的大规模磁场分布所驱动。在AIP和Leibniz Rechenzentrum (LRZ)的超级计算设备上进行了模拟。
研究小组研究了恒星的特性，如重力、磁场强度和自转周期，如何影响风速或密度方面的风特征。结果包括对不同光谱类型的恒星风特性的综合描述，其中包括其他结果，表明在估计观测中相关的质量损失率时，需要重新审视先前对恒星风速的假设。
此外，模拟还可以预测alfv<s:1>表面(恒星日冕和恒星风之间的边界)的预期大小。这些信息对于确定一个行星系统是否可能受到强磁星-行星相互作用的影响至关重要，这种相互作用可能发生在行星轨道进入或完全嵌入其主星的阿尔法星表面时。
对行星系统的影响
他们的发现表明，磁场大于太阳的恒星有更快的风。在某些情况下，恒星风速可以达到平均太阳风速度的五倍，通常为450公里/秒。这项调查获得了对这些恒星在所谓的“宜居带”上的风的强度的评估。“宜居带”的定义是，在提供类似地球的大气压力的情况下，岩石系外行星可以维持表面液态水的轨道距离。他们发现F型和g型恒星周围的环境比较温和，与地球在g型太阳周围的环境相当，而K型和m型恒星的风环境越来越恶劣。如此强烈的恒星风强烈地影响了行星可能存在的任何潜在大气层。
对系外行星研究的更广泛影响
这种现象在岩石行星和太阳之间的太阳物理学中有很好的记录，但在系外行星系统中没有。这需要对恒星风进行估计，以评估类似于我们在太阳风和行星大气之间看到的过程。关于F到M主序星的恒星风的信息以前是未知的，这使得这项研究在可居住性方面很重要。
本文的工作是针对21颗恒星进行的，但结果足够普遍，可以应用于其他冷主序星。这项研究为未来研究恒星风观测及其对行星大气侵蚀的影响铺平了道路。
参考文献:“冷主序星风特性的数值量化”，作者Judy J Chebly, Julián D Alvarado-Gómez, Katja Poppenhäger和Cecilia Garraffo, 2023年7月19日，《皇家天文学会月报》。DOI: 10.1093 / mnras / stad2100
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