恒星耀发——浩瀚星空里的磁能释放( 二 )

最近，国家天文台闫岩博士、贺晗研究员等人发表在英国《皇家天文学会月刊：快报》上的一篇论文(MNRAS:Letters,2021,505,L79-L83)就是基于Kepler高频采样数据，对恒星耀发光变轮廓的精细结构进行研究，从而揭示出类太阳恒星耀发的特征时间[10] 。
太阳耀斑的光变轮廓呈现比较明显的先升-后降的特征，在耀斑研究者的术语里，这种两段式特征被分为“上升相”和“下降相” 。本文的通讯作者、领导此项研究的贺晗研究员解释说：“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。 ”通过对Kepler数据的分析，我们发现恒星耀发也存在明显的先升-后降特征，如图4所示，为我们后续进行比较研究提供了很好的样本。

图4.发生在KIC4543412恒星上一次耀发的经典光变轮廓(图源：YanY.etal.,2021,MNRAS,505,L79)
那么，如何选取样本呢？首先，需要找出和太阳长得像的恒星来。在这个研究中，我们采用了三个恒星物理中比较成熟的参数来界定，分别是有效温度、对数化的表面重力加速度和单星属性。太阳的有效温度约为5800K ，对数化表面重力加速度约为4.4 。我们找到了20颗与太阳长得很像的耀发恒星，并在其光变轮廓中找到了184个耀发样本。
闫岩博士说：“通过对样本的统计分析，我们得出类太阳恒星耀发的上升相和下降相的时间的中位数分别为5.9分钟和22.6分钟，这和太阳耀斑的结果非常相似。因此，我们可以这样说，类太阳恒星不仅和太阳长得像，连一颦（上升相）一笑（下降相）的调调也那么像，所以，它们应该具有相同的物理机制。 ”恒星耀发，正是浩瀚星空发生的剧烈磁能释放。
通过进一步研究，我们发现上升相和下降相的分布规律都具有明显的尖峰-长尾特征，符合统计学里的对数正态分布[11] ，置信水平达到0.95 ，如图5所示。

图5.左侧为耀发样本上升相时间和下降相时间的对数正态分布图，右侧为上升相时间和下降相时间各自取对数后的正态分布图(图源：YanY.etal.,2021,MNRAS,505,L79)
“类太阳恒星耀发上升相和下降相的分布都符合对数正态分布，这个结论会让我们把它当做研究其它类型恒星耀发特征时间的基准，从而看看其它类型的恒星在耀发行为上是否也和类太阳恒星差不多。 ”贺晗研究员评论说。
在太阳系中，太阳耀斑是空间天气的源。就耀斑本身来说，它可以影响到地球的空间环境，增加地球上层大气的电离度，从而影响到短波通讯或者低轨卫星的稳定性。而对于系外的恒星-行星系统来说，宿主恒星耀发产生的高能辐射也同样会参与系外行星大气的演化过程。
恒星耀发中产生的紫外辐射通量变化会对系统内的行星大气产生作用，进而影响到系外行星的宜居性问题。因此，通过对恒星耀发特征时间的研究，有助于我们为将来的星际移民做好准备。
在某次关于太阳-恒星物理的学术讨论会上，紫金山天文台的熊大闰院士曾经说：“对于太阳来说，我们得到的是丰富的、细致的耀斑样本；然而对于恒星来说，我们获取的是各种不同类型恒星的耀发信息。 ”