Sterren verspreid over de kosmos zien er anders uit, maar ze lijken misschien meer op elkaar dan ooit werd gedacht, volgens onderzoekers van Rice University.

Nieuw modelwerk van Rice-wetenschappers toont aan dat 'koele' sterren zoals de zon het dynamische oppervlaktegedrag delen dat hun energetische en magnetische omgeving beïnvloedt. Deze stellaire magnetische activiteit is de sleutel tot de vraag of een bepaalde ster planeten herbergt die leven zouden kunnen ondersteunen.

Het werk van Rice postdoctoraal onderzoeker Alison Farrish en astrofysici David Alexander en Christopher Johns-Krull verschijnt in een gepubliceerde studie in Het astrofysische tijdschrift. Het onderzoek koppelt de rotatie van koele sterren aan het gedrag van hun magnetische flux aan het oppervlak, die op zijn beurt de coronale röntgenhelderheid van de ster aandrijft, op een manier die zou kunnen helpen voorspellen hoe magnetische activiteit exoplaneten in hun systemen beïnvloedt.

De studie volgt een andere onder leiding van Farrish en Alexander, die aantoonde dat het "weer" van een ster in de ruimte planeten in hun "Goldilocks-zone" onbewoonbaar kan maken.

"Alle sterren draaien tijdens hun leven naar beneden terwijl ze impulsmoment verliezen, en ze worden daardoor minder actief, " zei Farrish. "We denken dat de zon in het verleden actiever was en dat dit de vroege atmosferische chemie van de aarde zou kunnen hebben beïnvloed. Dus nadenken over hoe de hogere energie-emissies van sterren over lange tijdschalen veranderen, is behoorlijk belangrijk voor onderzoek naar exoplaneten."

"Breder, we nemen modellen die zijn ontwikkeld voor de zon en zien hoe goed ze zich aanpassen aan sterren, zei Johns-Krull.

De onderzoekers wilden modelleren hoe verre sterren eruitzien op basis van de beperkte beschikbare gegevens. De spin en flux van sommige sterren zijn bepaald, samen met hun classificatie-types F, G, K en M - die informatie gaven over hun afmetingen en temperaturen.

Ze vergeleken de eigenschappen van de zon, een G-type ster, via het Rossby-nummer, een maat voor stellaire activiteit die de rotatiesnelheid combineert met de ondergrondse vloeistofstromen die de distributie van magnetische flux op het oppervlak van een ster beïnvloeden, met wat ze wisten van andere coole sterren. Hun modellen suggereren dat het "ruimteweer" van elke ster op vrijwel dezelfde manier werkt, omstandigheden op hun respectievelijke planeten beïnvloeden.

"De studie suggereert dat sterren - in ieder geval koele sterren - niet te veel van elkaar verschillen, " zei Alexander. "Vanuit ons perspectief, Het model van Alison kan zonder angst of gunst worden toegepast als we kijken naar exoplaneten rond M-, F- of K-sterren, ook, natuurlijk, als andere G-sterren.

"Het suggereert ook iets dat veel interessanter is voor gevestigde stellaire fysica, dat het proces waarmee een magnetisch veld wordt gegenereerd in alle koele sterren vrij gelijkaardig kan zijn. Dat is een beetje een verrassing, " zei hij. Dit kunnen sterren zijn die, in tegenstelling tot de zon, zijn convectief tot in hun kernen.

"Alle sterren zoals de zon smelten waterstof en helium samen in hun kernen en die energie wordt eerst gedragen in de straling van fotonen naar het oppervlak, "Zei Johns-Krull. "Maar het raakt een zone van ongeveer 60% tot 70% van de weg die gewoon te ondoorzichtig is, dus het begint convectie te ondergaan. Hete materie beweegt van onderaf, de energie straalt weg, en de koelere materie valt terug naar beneden.

"Maar sterren met minder dan een derde van de massa van de zon hebben geen stralingszone; ze zijn overal convectief, " zei hij. "Veel ideeën over hoe sterren een magnetisch veld genereren, berusten op een grens tussen de stralings- en de convectiezones, dus je zou verwachten dat sterren die die grens niet hebben zich anders gedragen. Dit artikel laat zien dat in veel opzichten, ze gedragen zich net als de zon, als je je aanpast aan hun eigen eigenaardigheden."

Farrish, die onlangs haar doctoraat behaalde bij Rice en binnenkort een postdoctorale onderzoeksopdracht begint bij NASA's Goddard Space Flight Center, merkte op dat het model alleen van toepassing is op onverzadigde sterren.

"De magnetisch meest actieve sterren zijn degenen die we 'verzadigde, '" zei Farrish. "Op een gegeven moment, een toename in magnetische activiteit stopt met het tonen van de daarmee gepaard gaande toename van hoogenergetische röntgenstraling. De reden dat het dumpen van meer magnetisme op het oppervlak van de ster je niet meer emissie geeft, is nog steeds een mysterie.

"Omgekeerd, de zon is in het onverzadigde regime, waar we een correlatie zien tussen magnetische activiteit en energetische emissie, " zei ze. "Dat gebeurt op een meer gematigd activiteitenniveau, en die sterren zijn interessant omdat ze een meer gastvrije omgeving voor planeten kunnen bieden."

"Het komt erop neer dat de observaties, die vier spectraaltypen omvatten, waaronder zowel volledig als gedeeltelijk convectieve sterren, redelijk goed kan worden weergegeven door een model gegenereerd op basis van de zon, Alexander zei. "Het versterkt ook het idee dat hoewel een ster die 30 keer actiever is dan de zon misschien geen ster van de G-klasse is, het is nog steeds vastgelegd door de analyse die Alison heeft gedaan".

"We moeten duidelijk zijn dat we geen specifieke ster of systeem nabootsen, " zei hij. "We zeggen dat statistisch gezien, het magnetische gedrag van een typische M-ster met een typisch Rossby-getal gedraagt ​​zich op dezelfde manier als dat van de zon, waardoor we de potentiële impact op zijn planeten kunnen beoordelen."

Een kritieke joker is de activiteitencyclus van een ster, die zonder jarenlange observatie niet in de modellen kunnen worden verwerkt. (De cyclus van de zon is 11 jaar, blijkt uit zonnevlekactiviteit wanneer de magnetische veldlijnen het meest vervormd zijn.)

Johns-Krull zei dat het model op veel manieren nog steeds nuttig zal zijn. "Een van mijn interessegebieden is het bestuderen van zeer jonge sterren, waarvan vele, als lichte sterren, volledig convectief, " zei hij. "Veel van deze hebben schijfmateriaal om zich heen en vormen nog steeds planeten. Hoe ze met elkaar omgaan, wordt bemiddeld, we denken, door het stellaire magnetische veld.

"Dus, Alison's modelleringswerk kan worden gebruikt om meer te weten te komen over de grootschalige structuur van zeer magnetisch actieve sterren, en dat kan ons dan in staat stellen om enkele ideeën te testen over hoe deze jonge sterren en hun schijven op elkaar inwerken."

Minjing Li, een gaststudent van de University of Science and Technology of China, is co-auteur van het artikel. Alexander is hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde en directeur van het Rice Space Institute. Johns-Krull is hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde.