كشفت دراسة رائدة أن النجوم الباردة ذات المجالات المغناطيسية القوية تولد رياحًا نجمية قوية، وهي معلومات أساسية لتقييم قابلية أنظمة الكواكب الخارجية للسكن. استخدمت دراسة أجراها علماء من معهد لايبنيز للفيزياء الفلكية بوتسدام (AIP) أحدث عمليات المحاكاة الرقمية لوصف خصائص الرياح النجمية بشكل منهجي في عينة من النجوم الباردة لأول مرة. ووجدوا أن النجوم ذات المجالات المغناطيسية القوية تنتج رياحًا أقوى. تخلق هذه الرياح ظروفًا غير مناسبة لبقاء الغلاف الجوي للكوكب على قيد الحياة، مما يؤثر على قابلية هذه الأنظمة للسكن.
تعد الشمس من أكثر النجوم وفرة في الكون، وتُعرف باسم "النجم البارد". وتنقسم هذه النجوم إلى أربع فئات (أنواع F وG وK وM)، والتي تختلف في الحجم ودرجة الحرارة والسطوع. النجوم الأكثر سطوعًا وأكبر من الشمس تنتمي إلى الفئة F، في حين أن نجوم الفئة K أصغر قليلاً وأبرد من الشمس. أصغر وأضعف النجوم هي نجوم M، والمعروفة أيضًا باسم "الأقزام الحمراء" لأن معظم الضوء الذي تنبعث منه يكون أحمر.
وقد وجدت عمليات رصد الأقمار الصناعية أنه بالإضافة إلى الضوء، تستمر الشمس في إطلاق تيار من الجسيمات تسمى الرياح الشمسية. تنتقل هذه الرياح عبر الفضاء بين الكواكب وتتفاعل مع الكواكب في النظام الشمسي، بما في ذلك الأرض. وينتج هذا التفاعل الشفق القطبي الجميل بالقرب من القطبين الشمالي والجنوبي. ومع ذلك، يمكن أن تكون هذه الرياح ضارة أيضًا لأنها يمكن أن تؤدي إلى تآكل الأجواء المستقرة للكواكب، كما هو الحال على المريخ.
في حين أننا نعرف الكثير عن الرياح الشمسية - ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى مهمات مثل Solar Orbiter - إلا أن الأمر نفسه لا ينطبق على النجوم الرائعة الأخرى. المشكلة هي أننا لا نستطيع رؤية هذه الرياح النجمية بشكل مباشر، لذا يمكننا فقط دراسة تأثيرها على الغاز الرقيق الموجود في التجاويف الموجودة بين نجوم درب التبانة. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها بعض القيود ولا تعمل إلا مع عدد قليل من النجوم. وقد أدى ذلك إلى استخدام عمليات المحاكاة والنماذج الحاسوبية للتنبؤ بالخصائص المختلفة للرياح النجمية دون أن يرصدها علماء الفلك.
في هذا السياق، أجرت طالبة الدكتوراه جودي شبلي، والعالم الدكتور جوليان ألفارادو غوميز ورئيس القسم البروفيسور كاتيا بوبنهاغر من قسم الفيزياء النجمية والكواكب الخارجية في المعهد الأمريكي للفيزياء، بالتعاون مع سيسيليا جارافو من جامعة هارفارد ومركز سميثسونيان للفيزياء الفلكية، أول دراسة منهجية لخصائص الرياح النجمية المتوقعة للنجوم F وG وK وM.
وللقيام بذلك، أجروا عمليات محاكاة رقمية باستخدام أحد أكثر النماذج المتاحة حاليًا تعقيدًا، مدفوعة بتوزيع المجال المغناطيسي واسع النطاق المرصود لـ 21 نجمًا. تم إجراء عمليات المحاكاة في مرافق الحوسبة الفائقة التابعة لـ AIP وLeibniz Rechenzentrum (LRZ).
ودرس الفريق كيف تؤثر خصائص النجم، مثل الجاذبية وقوة المجال المغناطيسي وفترة الدوران، على سرعة الرياح أو خصائص كثافتها. تتضمن النتائج وصفًا شاملاً لخصائص الرياح النجمية للأنواع الطيفية المختلفة، يوضح أحدها الحاجة إلى إعادة النظر في الافتراضات السابقة حول سرعات الرياح النجمية عند تقدير معدلات فقدان الكتلة ذات الصلة من عمليات الرصد.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لعمليات المحاكاة التنبؤ بالحجم المتوقع لسطح ألفيروين - الحد الفاصل بين هالة النجم والرياح النجمية. ستكون هذه المعلومات حاسمة في تحديد ما إذا كانت الأنظمة الكوكبية تتأثر بالتفاعلات القوية بين النجم المغناطيسي والكوكب، والتي تحدث عندما يدور الكوكب حول سطح ألفيروين لنجمه المضيف أو يصبح مدمجًا فيه بالكامل.
التأثير على أنظمة الكواكب
وتظهر نتائجهم أن النجوم ذات المجالات المغناطيسية الأكبر من تلك الموجودة في الشمس لديها رياح أسرع. وفي بعض الحالات، يمكن أن تصل سرعة الرياح النجمية إلى ما يصل إلى خمس مرات أسرع من متوسط سرعة الرياح الشمسية، والتي تبلغ عادةً 450 كيلومترًا في الثانية. قام الاستطلاع بتقييم مدى سرعة رياح هذه النجوم في ما يسمى بـ "المنطقة الصالحة للسكن". تُعرف "المنطقة الصالحة للسكن" بأنها المسافة المدارية التي يمكن للكواكب الخارجية الصخرية أن تحافظ فيها على الماء السائل على أسطحها إذا كان لديها ضغط جوي مماثل للأرض. ووجدوا أن البيئة المحيطة بالنجوم من النوع F وG معتدلة نسبيًا، ويمكن مقارنتها ببيئة الأرض حول الشموس من النوع G، في حين أن بيئة الرياح حول النجوم من النوع K وM قاسية بشكل متزايد. هذه الرياح النجمية القوية لها تأثير قوي على الغلاف الجوي للكوكب.
هذه الظاهرة موثقة جيدًا في الفيزياء الشمسية بين الكواكب الصخرية والشمس، ولكن ليس في أنظمة الكواكب الخارجية. وهذا يتطلب تقديرات للرياح النجمية لتقييم العمليات المشابهة لتلك التي نراها بين الرياح الشمسية والأجواء الكوكبية. لم تكن المعلومات المتعلقة بالرياح النجمية لنجوم التسلسل الرئيسي من F إلى M معروفة سابقًا، لذا فإن هذه الدراسة مهمة من حيث قابلية السكن.
تم تنفيذ العمل المقدم في هذه المقالة على 21 نجمًا، لكن النتائج عامة بما يكفي لتطبيقها على نجوم أخرى من التسلسل الرئيسي البارد. يمهد هذا البحث الطريق لدراسات مستقبلية لرصد الرياح النجمية وتأثيرها على تآكل الغلاف الجوي الكوكبي.
المرجع: "القياس العددي لخصائص الرياح النجمية للتسلسل الرئيسي البارد"، المؤلف: جودي جي شبلي، جوليان دي ألفارادو غوميز، كاتيا بوبنهاغر وسيسيليا غارافو، 19 يوليو 2023، "الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية".
دوى:10.1093/منراس/ستاد2100
المصدر المجمع: ScitechDaily