古老的恒星可能是寻找生命的最佳地点

拓破天峙

显示51 Pegasi系统及其测量磁场的合成图像。检测到的51 Peg的“弱磁制动”代表了一个相对突然的变化，使磁环境更加稳定。贷方:AIP/J. Fohlmeister

（）据波茨坦莱布尼茨天体物理研究所（Janine Fohlmeister）：很久以前，科学家们认为恒星施加了一个永恒的磁力刹车，导致它们的自转无休止地减慢。通过新的观察和复杂的方法，他们现在已经窥视到一颗恒星的磁性秘密，并发现它们不是他们所期望的。寻找外星邻居的宇宙热点可能是那些遭遇中年危机及以后的恒星。

这项突破性的研究揭示了磁现象和可居住环境，已经发表在天体物理学杂志《快报》上。

1995年，瑞士天文学家迈克尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹宣布首次发现太阳系外的一颗行星，它围绕一颗遥远的类似太阳的恒星51 Pegasi运行。自那以来，已经发现超过5500颗所谓的系外行星围绕我们银河系的其他恒星运行，2019年，这两位科学家因其开创性的工作分享了诺贝尔物理学奖。本周，一个国际天文学家小组发表了对51 Pegasi的新观察结果，表明该恒星周围当前的磁环境可能特别有利于复杂生命的发展。

像太阳这样的恒星生来就快速旋转，这产生了一个强大的磁场，可以猛烈爆发，用带电粒子和有害辐射轰击它们的行星系统。在数十亿年的时间里，恒星的自转逐渐变慢，因为它的磁场拖动了从其表面流出的风，这一过程被称为磁制动。较慢的旋转会产生较弱的磁场，两种性质会因为互相影响而持续下降。

直到最近，天文学家一直认为磁力制动会无限期持续下去，但新的观测开始挑战这一假设。

美国科罗拉多州戈尔登白矮星研究公司的高级研究科学家、团队负责人特拉维斯·梅特卡夫说:“我们正在重写教科书，讲述像太阳这样的较老恒星的旋转和磁性如何在它们的生命中期之后发生变化。我们的结果对具有行星系统的恒星及其发展高级文明的前景具有重要意义。”

德国波茨坦莱布尼茨天体物理研究所所长、该研究的合著者克劳斯·斯特拉斯迈尔(Klaus Strassmeier)补充说，“这是因为减弱的磁制动也抑制了恒星风，使毁灭性的爆发事件不太可能发生。”

来自美国和欧洲的天文学家团队将美国国家航空航天局凌日系外行星调查卫星(TESS)对51颗Pegasi的观测与亚利桑那州大型双筒望远镜(LBT)使用波茨坦中阶梯偏振和光谱仪器(PEPSI)对其磁场的尖端测量相结合。



51 Peg的径向、经向和方位角场分量的ZDI图。等高线以0.5 G的步长显示。虚线对应最低可见纬度。每个面板底部的竖条显示每个LBT观测的中央经度。鸣谢:天体物理学杂志快报(2024)。DOI: 10.3847/2041-8213/ad0a95

虽然从地球上看，围绕51 Pegasi运行的系外行星不会从其母星前面经过，但这颗恒星本身在TESS观测中显示出微妙的亮度变化，可以用来测量恒星的半径、质量和年龄——这种技术被称为星震学。

与此同时，恒星的磁场在星光上留下了微量的偏振，这使得LBT上的百事可乐可以在恒星旋转时创建恒星表面的磁性地图——这种技术被称为塞曼多普勒成像。总之，这些测量让研究小组能够评估恒星周围当前的磁环境。

美国国家航空航天局开普勒太空望远镜之前的观测已经表明，磁制动可能会在太阳年龄之后大幅减弱，切断较老恒星的旋转和磁性之间的密切关系。然而，这种变化的证据是间接的，依赖于对各种年龄的恒星自转速率的测量。很明显，在接近太阳年龄(45亿年)的某个时候，自转停止减慢，而在较老的恒星中减弱的磁制动可以重现这种行为。

然而，只有直接测量恒星的磁场才能确定潜在的原因，开普勒观测到的目标对于LBT观测来说太暗了。TESS任务于2018年开始收集测量数据-类似于开普勒的观测结果，但针对天空中最近和最亮的恒星，包括51颗Pegasi。

在过去的几年里，该团队开始使用LBT上的百事可乐来测量几个TESS目标的磁场，逐渐建立了对像太阳这样的恒星随着年龄增长磁场如何变化的新理解。观测显示，在比太阳稍年轻的恒星中，磁制动会突然改变，在那时变得比太阳弱10倍以上，并且随着恒星继续老化而进一步减弱。

研究小组将这些变化归因于磁场强度和复杂性的意外转变，以及这种转变对恒星风的影响。最新测量的51 Pegasi的属性表明，就像我们的太阳一样，它已经经历了这种减弱磁制动的转变。

“非常令人高兴的是，LBT和百事可乐能够揭示这个行星系统的新视角，这个系统在系外行星天文学中发挥了如此重要的作用，”百事可乐摄谱仪的首席研究员Strassmeier说。"这项研究是在银河系中寻找生命的重要一步。"

在我们的太阳系中，生命从海洋到陆地的转变发生在几亿年前，与太阳磁场制动开始减弱的时间相吻合。年轻的恒星用辐射和带电粒子轰击它们的行星，这对复杂生命的发展不利，但年老的恒星似乎提供了更稳定的环境。根据Metcalfe的说法，该团队的发现表明，寻找太阳系外生命的最佳地点可能是中老年恒星周围。