Prieš porą savaičių įvykęs Saulės užtemimas suteikė galimybę daugybei žmonių savomis akimis pamatyti Saulės vainiką – magnetinio lauko kraipomus plazmos plaukus, nusidriekusius nuo mūsų žvaigždės. Magnetiniai reiškiniai, vykstantys Saulės paviršiuje ir aplink ją, kuria toli gražu ne tik šį gražų vaizdą. Žybsniai, kurių pastaruosius porą metų buvo apstu, ir juos sekantys plazmos pliūpsniai kelia pavojų mūsų kosminiams aparatams, astronautams, ir netgi infrastruktūrai Žemės paviršiuje. Aišku, mus saugo magnetosfera ir, iš dalies, atmosfera; energingos dalelės, pasiekusios pastarąją, sukelia šiaurės (ir pietų) pašvaistes. Visgi kai kurie Saulės aktyvumo padariniai gali būti katastrofiški. 1859 metais vadinamasis Carringtono įvykis sudegino telegrafo linijas didelėje Šiaurės Amerikos dalyje. 1989 metais kitas Saulės plazmos pliūpsnis išvedė iš rikiuotės elektros tinklus Kanados Kvebeko provincijoje. Carringtono lygio įvykiai vidutiniškai nutinka kas 100-200 metų, taigi statistiškai tikėtina, kad tokio sulauksime per savo gyvenimus. Nenuostabu, kad kosmoso agentūros ir kitos institucijos skiria daug dėmesio Saulės stebėjimams ir jos aktyvumo prognozavimui.
Bet Saulė – tik viena žvaigždė. Kad ir kaip gerai ją pažįstame, visų klausimų apie žvaigždžių aktyvumą atsakyti ji neleis. Tam reikia stebėti kitas žvaigždes ir matuoti jų aktyvumo požymius. Tokiais tyrimais mokslininkai užsiima jau apie šimtą metų, bet tik per pastarąjį dešimtmetį padaryti keli reikšmingi atradimai, kurie padės ir prognozuojant Saulės aktyvumą, ir vertinant, kuriose egzoplanetose verta ieškoti gyvybės pėdsakų.
Šį pažintinį straipsnį parašiau, nes turiu daug dosnių rėmėjų Contribee platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti reguliarios paramos, kviečiu prie jų prisijungti.
Apie žvaigždžių žybsnius žinoma nuo praeito amžiaus trečiojo dešimtmečio. Pirmiausiai žybsnius aptikome mažose raudonose žvaigždėse, kurios ilgą laiką ir buvo vadinamos būtent žybsinčiomis žvaigždėmis. Žybsnių fizika – tokia pati kaip Saulės. Magnetinio lauko linijos susisuka dėl plazmos judėjimo, tada persijungia ir savo magnetinę energiją perduoda plazmai. Ši ima švytėti ultravioletiniais ir rentgeno spinduliais, o dalis gali būti išsviedžiama tolyn nuo žvaigždės. Pagrindinis skirtumas nuo Saulės yra žybsnių mastelis. Raudonosios nykštukės konvekcinė sritis yra daug gilesnė negu mūsų žvaigždės, o sukasi jos, ypač jaunos, daug greičiau. Taigi, magnetinio lauko stiprumas irgi gali nuo šimto iki net tūkstančių kartų viršyti Saulės.
Pavyzdžių, kokie gali būti raudonųjų nykštukių žybsniai, toli ieškoti nereikia. 2019 metais Kentauro Proksimoje, artimiausioje Saulės kaimynėje, įvyko vos septynių sekundžių trukmės žybsnis. Jo metu milimetrinių bangų ruože žvaigždė paryškėjo tūkstantį kartų, o tolimojo ultravioleto – net 14 tūkstančių. Šis skaičius skamba baisiau, nei yra iš tiesų: bendra žybsnio metu išspinduliuota energija buvo panaši, o gal ir kiek mažesnė, nei stiprių Saulės žybsnių, o milžiniškas santykis atsiranda todėl, kad Proksima šiaip beveik neskleidžia ultravioletinių spindulių. Tačiau svarbus, ir pavojingas, yra žybsnio poveikis galimoms gyvybei tinkamoms planetoms. Planetos, kurių paviršiaus temperatūra būtų panaši į Žemės, prie raudonųjų nykštukių skrieja daug mažesniu atstumu, nei Žemė nuo Saulės, taigi žybsnio spinduliuotės intensyvumas, pasiekiantis planetos paviršių, yra kelis šimtus kartų didesnis. Be to, Kentauro Proksimoje panašaus stiprumo žybsniai paleidžiami keletą kartų per dieną, o ne per dešimtmetį, kaip Saulėje. Taigi nors panašu, kad žybsnį kuriantys fizikiniai procesai raudonosiose nykštukėse ir Saulės tipo žvaigždėse yra analogiški, žybsnių poveikis planetoms ir galimai gyvybei jose yra nepalyginamai stipresnis, kai kalbame apie mažąsias žvaigždes. O būtent tokių žvaigždžių Galaktikoje daugiausia, tad ir egzoplanetas dažniausiai aptinkame prie jų.
Kentauro Proksima – artimiausias, bet nebūtinai geriausias pavyzdys. Ši žvaigždė yra truputį senesnė už Saulę ir sukasi lėtai. Abu veiksniai lemia retesnius žybsnius. Egzoplanetos prie jaunesnių, greičiau besisukančių ir dar mažesnių žvaigždžių patiria dar atšiauresnį kosminį klimatą.
Aptikti žybsnius – santykinai lengva. Plazmos pliūpsniai, arba vainikinės masės išmetimai, yra sudėtingesnis uždavinys. Ilgą laiką jų buvo ieškoma gaudant įvairių spektro linijų Doplerio poslinkius – pamėlynavimą, kai išmesta plazma artėja mūsų link. Rezultatai daugiausiai buvo neigiami – nustatyti plazmos judėjimo netolygumai, tačiau jų greičiai neviršijo pabėgimo greičių nuo žvaigždžių paviršiaus. Skaitmeniniai modeliai pateikė įdomų atsakymą: stiprus žvaigždės magnetinis laukas gali įkalinti energingus plazmos burbulus ir neleisti jiems virsti masės išmetimais. Net ir pabėgantys išmetimai gerokai sulėtinami. Šis rezultatas vos prieš porą mėnesių paremtas ir laboratoriniais bandymais. O aktyviausios – daugiausiai žybsinčios – žvaigždės kaip tik ir pasižymi stipriausiais magnetiniais laukais. Taigi tiesiogiai ekstrapoliuoti iš žybsnių dažnio ir galingumo į plazmos pliūpsnių savybes bei poveikį planetų atmosferoms būtų paprasčiausiai klaidinga.
Naujesni rezultatai piešia kiek sudėtingesnį paveikslą: vainikinės masės išmetimų aptikta, tačiau palyginti jų dažnumą skirtingo tipo žvaigždėse kol kas nepavyksta. Pernai lapkritį pirmą kartą kitoje žvaigždėje aptiktas radijo spinduliuotės žybsnis, susidarantis, kai vainikinės masės išmetimo burbulas veržiasi per žvaigždės vainiką. Ši žvaigždė yra raudonoji nykštukė, kone dvigubai mažesnė už Saulę, bet pliūpsnio savybės primena mūsų žvaigždės įvykius. Tyrimo autoriai įvertino, kad panašūs išmetimai tokiose žvaigždėse galėtų vykti vidutiniškai kas keletą metų. Tai nėra visų vainikinės masės išmetimų dažnis, mat radijo žybsnius sukelia tik patys energingiausi iš jų. Gretutiniame straipsnyje pristatyti platesnės paieškos rezultatai, kuriuose aptiktas dar vienas panašus pliūpsnis. Deja, kol kas turimų duomenų nepakanka pasakyti, kaip dažnai mažų žvaigždžių žybsnius seka vainikinės masės išmetimai. Tuo tarpu jaunų į Saulę panašių žvaigždžių stebėjimai rodo, kad vainikinės masės išmetimai nutinka bent po ketvirtadalio žybsnių.
Analizuojant planetų tinkamumą gyvybei, plazmos pliūpsniai yra daug svarbesnis kriterijus nei žvaigždžių žybsniai. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad vien žybsniai nesunaikina planetos ozono sluoksnio, net jei planeta yra arti žvaigždės ir neturi magnetinio lauko. Tuo tarpu plazmos pliūpsniai, kokius galėtų paleisti raudonoji nykštukė, panašios planetos ozono sluoksnį sunaikintų per dešimtmetį.
Tiesa, žybsnių poveikis neapsiriboja ozono sluoksnio nupūtimu ar išgarinimu. Ultravioletinė spinduliuotė gali paveikti cheminius procesus atmosferoje ir pakeisti jos sudėtį. Be to, ultravioletiniai spinduliai labai naudingi, o gal net ir būtini, prebiotinėms cheminėms reakcijoms, kurios pagamina įvairias gyvybei būtinas molekules. Raudonosios nykštukės ramybės būsenoje beveik neskleidžia artimųjų ultravioletinių spindulių, taigi žybsniai gali suteikti planetai tą būtiną postūmį gyvybės link. Deja, realių žybsinčių žvaigždžių savybės, panašu, labiau tinka destruktyvioms pasekmėms: beveik 25 tūkstančių žvaigždžių tyrimas parodė, kad 8% žybsinčių žvaigždžių, tikėtina, reikšmingai naikina savo planetų ozono sluoksnius (nors šis procentas priklauso nuo pasirinkto kriterijaus ir gali būti gerokai mažesnis), o prebiotinėms reakcijoms padeda vos 1% žvaigždžių žybsniavimas.
Žvaigždžių žybsniai kelia dar vieną problemą egzoplanetų gyvybingumo tyrimams: jie trukdo nustatyti, ar planeta apskritai turi atmosferą. Geriausias šios problemos pavyzdys yra TRAPPIST-1e, viena iš septynių uolinių planetų, skriejančių aplink žvaigždę TRAPPIST-1. Ši planeta skrieja pačiame gyvybinės zonos viduryje, taigi natūralu, kad į ją buvo nukreiptas Webb teleskopas, ieškant atmosferos. Deja, nepaisant keturių tranzitų stebėjimų, nepavyko išsiaiškinti, ar atmosfera ten egzistuoja, nes žvaigždės dėmės ir tranzito metu įvykę žybsniai sumenkino spektro kokybę. Panašios problemos kilo ir ieškant gretimos planetos, TRAPPIST-1f, atmosferos.
Bet dabar grįžkime prie Saulės. Stebėdami kitų žvaigždžių, ypač panašių į mūsiškę, aktyvumo požymius, galime sužinoti daug daugiau ir apie savo žvaigždės kaprizus. Štai prieš porą metų paskelbtame tyrime pristatyti daugiau nei 56 tūkstančių žvaigždžių stebėjimai, trukę ketverius metus; tai atitinka vienos žvaigždės stebėjimą daugiau nei 220 tūkstančių metų. Akivaizdu, kad šie duomenys gali suteikti informacijos apie ypatingai retus įvykius, kurių Saulėje nepamatome tiesiog todėl, kad stebime nepakankamai ilgai. Taip ir nutiko: aptikta beveik trys tūkstančiai „superžybsnių“ – bent šimtą kartų stipresnių už stipriausius, kada nors fiksuotus Saulėje. Galima daryti išvadą, kad vidutiniškai vienoje žvaigždėje superžybsnio galima tikėtis kartą per šimtmetį, arba apie 40-50 kartų dažniau, nei ankstesniais vertinimais. Tokie skaičiai neblogai dera su Mijakės įvykiais – staigiais radioaktyvios anglies gausos padidėjimais medžių rievėse. Šį izotopą sukuria energingos dalelės iš kosmoso, pataikiusios į Žemės atmosferą, taigi Mijakės įvykiai greičiausiai rodo Saulės superžybsnius (tiesa, kai kurie tyrimai gauna išvadą, kad įvykių priežastis turėtų būti kita). Du paskutiniai patvirtinti įvykiai nutiko 774 ir 993 metais, dar du naujesni – 1052 ir 1279 metų – nėra tvirtai identifikuoti. Visiškai šviežiame tyrime pridėti dar keturi galimi įvykiai per pirmąjį tūkstantmetį. Įvykių dažnumas – kas šimtą ar kelis šimtus metų – gana gerai dera su daugybės žvaigždžių imties statistinės analizės rezultatu.
Kitas keleto metų senumo rezultatas – pirmą kartą aptikta žvaigždė, pereinanti iš ciklinio aktyvumo fazės į ilgalaikę ramybės stadiją. Saulei taip buvo nutikę XVII-XVIII amžiais: vadinamojo Maunderio minimumo metu apie 70 metų Saulės paviršiuje dėmių buvo matoma ypatingai mažai. Kodėl įvyko Maunderio minimumas, ar ir kada jis vėl pasikartos, ir kaip tai paveiks Žemės kosminę aplinką? Nei vienas iš šių klausimų dar nėra atsakytas. Stebint vien Saulę, atsakymų gali tekti laukti šimtus, o gal ir tūkstančius metų. Panašu, kad per pirmąjį tūkstantmetį buvo keturi panašūs minimumai, bet daugybės jų detalių niekada nesužinosime. Stebint daugybę kitų žvaigždžių, Maunderio minimumo analogų galima tikėtis atrasti ne vieną, o tada ir suprasti, kodėl ir kaip jie nutinka.
Kiekvienas toks atradimas padeda mums geriau suprasti savo žvaigždę. Kartu jie leidžia geriau pažinti ir kitas bei atsirinkti, kurias planetas talžo žudantys žybsniai ir plazmos vėjai, o kuriose sąlygos gali būti tinkamos gyvybei užsimegzti bei tarpti. Galiausiai, jie primena, kad kitų žvaigždžių orai dažnai yra daug atšiauresni, nei mūsų kosminė aplinka, taigi galime pasidžiaugti, kad gyvename palyginus ramioje planetinėje sistemoje.
Laiqualasse