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科研动态

国家天文台科研人员揭示类太阳恒星耀发活动的特征时间

发表日期:2021-06-30来源:放大 缩小

  185991日,英国天文学家Richard C.CarringtonRichard Hodgson分别独立观测到太阳表面的局部突然增亮现象,这种现象被太阳物理学家称之为“flare”,中文译名“耀斑”。随着观测仪器的不断进步,对太阳耀斑的观测研究已经进入了多波段、高空间分辨率、高时间分辨率和高谱分辨率的阶段。观察太阳耀斑的光变曲线,会发现光变轮廓具有明显的先上升(上升相)后下降(下降相)特征。一般来说,耀斑的上升相代表了太阳磁场能量通过磁重联过程快速释放的过程,而其下降相则代表了耀斑源区的逐渐冷却过程。因而,耀斑的上升相和下降相的特征时标,对耀斑研究具有非常重要的物理意义 

  无独有偶,在对恒星光变曲线的研究中,也发现了类似的突然增亮现象,也被称作“flare”。由于恒星缺少空间分辨率的观测,恒星天文学家将其译为“耀发”。虽然恒星耀发的研究历史也很悠久,但是累计观测到的恒星耀发的样本数并不多,而类太阳恒星的耀发样本就更少了。Kepler空间望远镜在2009年发射升空之后,对特定天区进行了持续的测光观测,获取了大批量恒星的光变曲线,为类太阳恒星耀发的研究提供了大量样本,尤其是其中的高频采样(short-cadence,简称SC)数据,带来了耀发光变轮廓的大量丰富信息。典型的类太阳恒星耀发光变轮廓,可见图1 

 

  图1:KIC 4543412恒星上一次耀发的精细光变轮廓。Trise代表上升相时间,Tdecay代表下降相时间,数据点间的时间间隔约为1分钟 

  由中国科学院国家天文台贺晗研究员带领的研究团队利用KeplerSC数据,选取恒星参数与太阳接近的20颗有显著耀发活动的类太阳恒星,从光变曲线中识别出184个恒星耀发样本,基于耀发的光变轮廓确定了每个耀发样本的上升相和下降相时间(见图1),然后对耀发的上升相时间和下降相时间进行了统计分析。结果显示,类太阳恒星耀发的上升相时间中位数为5.9分钟,下降相时间中位数为22.6分钟。这一结果与太阳耀斑的时标一致,因而支持两者具有相同的物理机制。 

  研究进一步发现,类太阳恒星耀发样本的上升相和下降相时间均符合对数正态分布,表现为尖头–长尾的分布形态(见图2),该分布通过了KolmogorovSmirnov检验,置信水平为0.95。这一结果为恒星耀发特征时间分析提供了一种新的思路,可作为未来此类研究的基准,用于比较各类恒星上耀发时间的分布规律。此外,该分布结果可以作为系外行星大气建模的输入因子,对分析恒星耀发活动施加于系外行星大气的影响以及系外行星的宜居性具有重要意义。 

 

  2:左侧的上图和下图分别为耀发样本的上升相时间和下降相时间分布直方图(蓝色),以及对数正态分布拟合曲线(红色)。右侧上图和下图分别为上升相时间和下降相时间各自取对数后的正态分布图 

  本研究工作以快报(Letter)的形式发表于国际重要天文学期刊《皇家天文学会月刊》(MNRAS: Letters, 2021, 505, L79-L83),论文审稿人评价该工作是“重要且有趣的(important and interesting)”。《皇家天文学会月刊》由英国牛津大学出版社出版,已有190多年的历史,1859CarringtonHodgson发现太阳耀斑的论文即发表于该刊。 

  论文作者成员来自中国科学院国家天文台、南京大学、中国科学院新疆天文台、贵州大学和美国新泽西理工大学,国家天文台闫岩博士和贺晗研究员为该论文的共同通讯作者。 

  本项研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院留学基金资助。 

  论文地址:https://academic.oup.com/mnrasl/article-abstract/505/1/L79/6297375

    

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