Nieuw onderzoek onder leiding van NASA biedt een nadere blik op een nabije ster die lijkt op onze jonge zon. Het werk stelt wetenschappers in staat om beter te begrijpen hoe onze zon eruit kan zien toen hij jong was, en hoe het de atmosfeer van onze planeet en de ontwikkeling van het leven op aarde heeft gevormd.

Veel mensen dromen ervan een jongere versie van zichzelf te ontmoeten om advies uit te wisselen, de oorsprong van hun bepalende eigenschappen te identificeren, en hoop voor de toekomst te delen. Op 4,65 miljard jaar oud, onze zon is een ster van middelbare leeftijd. Wetenschappers zijn vaak nieuwsgierig om precies te weten welke eigenschappen onze zon mogelijk maakten, in zijn jonge jaren, om het leven op de nabije aarde te ondersteunen.

Zonder een tijdmachine om wetenschappers miljarden jaren terug te voeren, het nagaan van de vroege activiteit van onze ster lijkt misschien een onmogelijke prestatie. Gelukkig, in het Melkwegstelsel - de glinsterende, spiraalvormig segment van het universum waar ons zonnestelsel zich bevindt - er zijn meer dan 100 miljard sterren. Een op de tien deelt eigenschappen met onze zon, en velen bevinden zich in de vroege stadia van ontwikkeling.

"Stel je voor dat ik een babyfoto wil reproduceren van een volwassene toen ze een of twee jaar oud waren, en al hun foto's werden gewist of verloren. Ik zou nu naar een foto van ze kijken, en de foto's van hun naaste familieleden van rond die leeftijd, en vanaf daar, reconstrueer hun babyfoto's, " zei Vladimir Airapetian, senior astrofysicus in de Heliophysics Division van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en eerste auteur van de nieuwe studie. "Dat is het soort proces dat we hier volgen - kijken naar kenmerken van een jonge ster die lijkt op de onze, om beter te begrijpen hoe onze eigen ster was in zijn jeugd, en waardoor het leven op een van zijn nabijgelegen planeten kon bevorderen."

Kappa 1 Ceti is zo'n zonne-analoog. De ster bevindt zich op ongeveer 30 lichtjaar afstand (in ruimtetermen, dat is als een buurman die in de volgende straat woont) en wordt geschat op 600 tot 750 miljoen jaar oud, rond dezelfde leeftijd als onze zon toen het leven zich op aarde ontwikkelde. Het heeft ook een vergelijkbare massa en oppervlaktetemperatuur als onze zon, zei de tweede auteur van de studie, Meng Jin, een heliofysicus bij het SETI Institute en het Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory in Californië. Al deze factoren maken Kappa 1 Ceti een "tweeling" van onze jonge zon op het moment dat het leven op aarde ontstond, en een belangrijk doel voor studie.

Airapetisch, jin, en verschillende collega's hebben een bestaand zonnemodel aangepast om enkele van Kappa 1 Ceti's belangrijkste, maar moeilijk te meten, kenmerken. Het model is gebaseerd op gegevensinvoer van verschillende ruimtemissies, waaronder de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop, NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite en NICER-missies, en ESA's XMM-Newton. Het team publiceerde hun studie vandaag in de Astrofysisch tijdschrift .

Sterrenkracht

Net als menselijke peuters, peutersterren staan ​​bekend om hun hoge uitbarstingen van energie en activiteit. voor sterren, een manier waarop deze opgehoopte energie vrijkomt, is in de vorm van een stellaire wind.

Stellaire winden, als sterren zelf, bestaan ​​meestal uit een superheet gas dat bekend staat als plasma, ontstaan ​​wanneer deeltjes in een gas zijn gesplitst in positief geladen ionen en negatief geladen elektronen. Het meest energetische plasma, met behulp van het magnetische veld van een ster, kan wegschieten van het buitenste en heetste deel van de atmosfeer van een ster, de corona, bij een uitbarsting, of als stellaire wind gelijkmatiger naar nabije planeten stromen. "Stellaire wind stroomt continu van een ster naar zijn nabijgelegen planeten, de omgeving van die planeten beïnvloeden, ' zei Jin.

Jongere sterren hebben de neiging om heter, krachtigere sterrenwinden en krachtigere plasma-uitbarstingen dan oudere sterren. Dergelijke uitbarstingen kunnen de atmosfeer en de chemie van nabije planeten beïnvloeden, en mogelijk zelfs de ontwikkeling van organisch materiaal - de bouwstenen voor het leven - op die planeten katalyseren.

Stellaire wind kan in elke levensfase een aanzienlijke impact hebben op planeten. Maar de sterke, zeer dichte stellaire winden van jonge sterren kunnen de beschermende magnetische schilden van omringende planeten samendrukken, waardoor ze nog gevoeliger zijn voor de effecten van de geladen deeltjes.

Onze zon is daar een perfect voorbeeld van. Vergeleken met nu, in zijn kleutertijd, onze zon draaide waarschijnlijk drie keer sneller, had een sterker magnetisch veld, en schoten meer intense hoogenergetische straling en deeltjes uit. Tegenwoordig, voor gelukkige toeschouwers, de impact van deze deeltjes is soms zichtbaar in de buurt van de polen van de planeet als aurora, of het Noorder- en Zuiderlicht. Airapetian zegt 4 miljard jaar geleden, gezien de impact van onze zonnewind op dat moment, deze enorme lichten waren waarschijnlijk vaak zichtbaar vanaf veel meer plaatsen over de hele wereld.

Dat hoge niveau van activiteit in het ontstaan ​​van onze zonnen heeft misschien de beschermende magnetosfeer van de aarde teruggeduwd, en voorzag in de planeet - niet dichtbij genoeg om als Venus in brand te worden gestoken, noch ver genoeg om te worden verwaarloosd zoals Mars - met de juiste atmosferische chemie voor de vorming van biologische moleculen.

Soortgelijke processen zouden zich kunnen ontvouwen in stellaire systemen in ons melkwegstelsel en heelal.

"Het is mijn droom om een ​​rotsachtige exoplaneet te vinden in het stadium waarin onze planeet zich meer dan 4 miljard jaar geleden bevond, gevormd door zijn jonge, actieve ster en bijna klaar om leven te herbergen, "Zei Airapetian. "Begrijpen hoe onze zon eruit zag toen het leven zich op aarde begon te ontwikkelen, zal ons helpen onze zoektocht naar sterren te verfijnen met exoplaneten die uiteindelijk het leven kunnen herbergen."

Een zonne-tweeling

Hoewel zonne-analogen kunnen helpen bij het oplossen van een van de uitdagingen van het gluren in het verleden van de zon, tijd is niet de enige complicerende factor bij het bestuderen van onze jonge zon. Er is ook afstand.

We hebben instrumenten die de sterrenwind van onze eigen zon nauwkeurig kunnen meten, de zonnewind genoemd. Echter, het is nog niet mogelijk om de sterrenwind van andere sterren in onze melkweg direct te observeren, zoals Kappa 1 Ceti, omdat ze te ver weg zijn.

Wanneer wetenschappers een gebeurtenis of fenomeen willen bestuderen dat ze niet direct kunnen waarnemen, wetenschappelijke modellen kunnen helpen om de hiaten op te vullen. Modellen zijn representaties of voorspellingen van een studieobject, gebouwd op bestaande wetenschappelijke gegevens. Terwijl wetenschappers eerder de sterrenwind van deze ster hebben gemodelleerd, Airapetian zei, ze gebruikten meer vereenvoudigde aannames.

De basis voor het nieuwe model van Kappa 1 Ceti van Airapetian, jin, en collega's is het Alfvén Wave Solar Model, dat valt binnen het Space Weather Modeling Framework dat is ontwikkeld door de Universiteit van Michigan. Het model werkt door bekende informatie over een ster in te voeren, inclusief zijn magnetische veld en ultraviolette emissielijngegevens, om de activiteit van sterrenwinden te voorspellen. Wanneer het model is getest op onze zon, het is gevalideerd en gecontroleerd aan de hand van waargenomen gegevens om te verifiëren dat de voorspellingen nauwkeurig zijn.

"Het is in staat om de winden en corona van onze ster met hoge getrouwheid te modelleren, "Zei Jin. "En het is een model dat we op andere sterren kunnen gebruiken, te, om hun sterrenwind te voorspellen en daarmee de bewoonbaarheid te onderzoeken. Dat hebben we hier gedaan."

Eerdere studies hebben gebruik gemaakt van gegevens die zijn verzameld door de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) en Hubble Space Telescope (HST) om Kappa 1 Ceti te identificeren als een jonge zonneproxy, en om de nodige input voor het model te verzamelen, such as magnetic field and ultraviolet emission line data.

"Every model needs input to get output, " Airapetian said. "To get useful, accurate output, the input needs to be solid data, ideally from multiple sources across time. We have all that data from Kappa 1 Ceti, but we really synthesized it in this predictive model to move past previous purely observational studies of the star."

Airapetian likens his team's model to a doctor's report. To get a full picture of how a patient is doing, a doctor is likely to talk to the patient, gather markers like heart rate and temperature, and if needed, conduct several more specialized tests, like a blood test or ultrasound. They are likely to formulate an accurate assessment of patient well-being with a combination of these metrics, niet zomaar een.

evenzo, by using many pieces of information about Kappa 1 Ceti gathered from different space missions, scientists are better able to predict its corona and the stellar wind. Because stellar wind can affect a nearby planet's magnetic shield, it plays an important role in habitability. The team is also working on another project, looking more closely at the particles that may have emerged from early solar flares, as well as prebiotic chemistry on Earth.

Our sun's past, geschreven in de sterren

The researchers hope to use their model to map the environments of other sun-like stars at various life stages.

specifiek, they have eyes on the infant star EK Dra—111 light-years away and only 100 million years old—which is likely rotating three times faster and shooting off more flares and plasma than Kappa 1 Ceti. Documenting how these similar stars of various ages differ from one another will help characterize the typical trajectory of a star's life.

Hun werk, Airapetian said, is all about "looking at our own sun, its past and its possible future, through the lens of other stars."

To learn more about our sun's stormy youth, watch this video and see how energy from our young sun—4 billion years ago—aided in creating molecules in Earth's atmosphere, allowing it to warm up enough to incubate life.