红矮星如何从食双星获取关键信息，其周围是否存在可居住行星？

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作者：石兰（抄袭必究）

在天文术语中，红矮星也被称作M矮星，组成了我们银河系中最大的恒星群，大约可以占到恒星总量的四分之三左右。寿命最长、且相对渺小的它们，总是隐藏在黑暗的阴影中，这些微小的光点让科学家们很难了解它们的内部信息，尤其是当距离也特别遥远的时候。到目前为止，不管是直接观察，还是理论模型，我们都难以就它们的大小得到一个满意的答案，还需进一步借助双星系统的观察来了解它们的内部。这样看似常见恒星却仍然充满了神秘感，我们应该如何来理解红矮星的大小？年轻的红矮星往往会伴随着剧烈的气体爆发现象，它们又会对周围刚刚起步的行星带来哪些影响？

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食双星如何揭示红矮星的关键信息

恒星的半径需要取决于多种因素，只是其中的一些特征会相对表现得更加明显。比如，我们常将恒星的半径和其质量关联起来，通常来说，当它的半径值越大，其质量也会相对更大。但恒星的半径同时又取决于它的核心有多热，以及这些热量通过怎样的方式转移到太空。或许你不太明白这样的逻辑推理原理是什么，因为，恒星的传输热量能力会决定它需要多大的面积来逃避以获得半径。我们可以这样简单举例，如果一颗恒星的内部很复杂或不善于传输热量，那么该恒星必须拥有足够大的面积，才能够有效地消除所有热量进入空间的冷真空。尽管红矮星的体积相对较小，但这并不影响它们的核心热度，由于其表面和内核之间的反应异常复杂，因此科学家们难以确定其表面下方究竟发生了什么。

理论上有这样一种理想情况，我们可以通过一组恒星来确定其金属度、半径、温度和年龄，然后通过调整理论模型，以为那些恒星的内部物理学建立一个坚实的案例，然而，我们并不具备这样的条件。掌握恒星半径的方法太具有唯一性，我们需要通过一对恒星的正确排列，即它们会沿着我们需要的视线相互遮挡，以看到两颗恒星在彼此前方经过时的闪烁表现。通过它们对总光量输出的影响，以尽力地从这样的系统中得到恒星相对准确的预估。同样，这样的技术还用于系外行星的寻找，以及食双星的研究，虽然，这样的结果并不是那么明确，会涉及到一些不太容易的建模来处理恒星的一些本身属性。

根据我们目前最有说服力的理论模型和红矮星食双星的实际观察来看，红矮星的真实半径要比理论上应该拥有的半径更大。要使同样的恒星变得更大，那么其核心到外部的热量流动就会发生变化，也就是说红矮星可能拥有更快的旋转速率，通过其强大的磁场抑制了对流，从而使得热量变得更加难以从内部转移到外部，甚至搅乱了星团的形成。但通过最近的观察结果来看，红矮星的半径正如我们预测的那样，并不需要这种奇特的磁场，只是这样的结果只是红矮星中的四个能够超越二元系统进行的研究，至于它们是不是特殊情况，还需要后续的进一步探索。红矮星和星系中恒星的形成之间关系密切，因此，我们需要做的就是将理论模型和恒星的实际观察部分相关联，虽然这些联系似乎都遇到了一些麻烦。

红矮星的哪些特征可区别于褐矮星

红矮星包括了银河系中质量最小的恒星，其重量的范围值一般处于太阳质量的7.5%到50%之间，通常它们的燃烧温度在3500摄氏度左右，这样相对较低的温度意味着它们处于燃烧状态的氢气供应较慢，且比和它等距离的恒星看上去更加暗淡。跟主序星一样，红矮星的形成也始于被重力引起、在一起旋转的气体和尘埃，随着中心材料的聚集和温度达到临界值后开始融化。之所以红矮星比一般恒星的寿命更长，是因为其消耗了核心内外的所有氢，而其他大质量恒星却仅仅是消耗其核心中的氢，若将其和太阳般恒星一百亿年左右的寿命相比，那么，红矮星的寿命至少要延长数万亿年的时间。

由于褐矮星的形成方式和红矮星一样，因此，即使是科学家也偶尔难以将它们区分开来，那些年轻的褐矮星看上去几乎是一样的。众所周知，褐矮星不是恒星，因为它们太小而从未达到融合点，科学家们便是通过测量这些天体的大气温度，以确定它们到底是褐矮星、还是红矮星。没有融化现象的褐矮星会比1727摄氏度更冷，而具有氢融合的恒星则会比2427摄氏度更温暖。简而言之，天体中的大气化学物质，很多时候都可以解释其核心正在发生的事情的线索，如果该天体是褐矮星，那么甲烷或氨等分子便会存在于这样的温度下。

红矮星爆发对行星而言意味着什么

为了更好地了解红矮星周围行星的可居住性，科学家们将红矮星分为了三个不同的年龄阶段，分别是年轻、中等和古老，它们对应的时间分别为四千万年左右、6.5亿年左右，以及数十亿年。可居住区本身就是一个特别具有争议性的话题，会涉及到许多变量，比如，关系到液态地表水的存在。若将红矮星和类太阳恒星进行对比，其恒星耀斑在紫外波长下会异常明亮，由于磁场受到了恒星大气层运动的影响，强烈的磁场驱动了这些耀斑，当反应过程太过强烈的时候，更会释放出巨大的能量。年轻的红矮星总是活跃的，会产生紫外线照射，爆发出特别多的能量，大气化学也因为它们而受到影响，而位于它们周围的那些羽翼未丰的行星大气层，便有可能因此而被剥离。

科学家们通过对12个四千万年左右的红矮星进行的爆炸频率研究得出，这些最年轻的红矮星的耀斑，往往要比老龄的红矮星所发出的耀斑强烈100到1000倍。正是由于这些数据之间的差异非常巨大，年轻红矮星的数据才显得尤为重要。这样强度和频率的超级耀斑，是否可以在如此多的紫外线下照射年轻行星，以让他们成为可居住的星球？但就我们目前的探索而言，这样的耀斑具有从行星剥离大气层的能力，虽然这并不能肯定是生命的厄运。我们不确定是否还存在其他可以补充行星大气层的过程，但可以确定这一定是一个恶劣的环境。科学家们还将进一步对古老的红矮星进行研究，并将其与中等红矮星和年轻红矮星进行比较，以更好地了解这些低质量的恒星，及其周围行星紫外线辐射环境的演变过程。

红矮星周围是否存在着可居住行星

在不少红矮星的周围，科学家们都发现了行星的踪迹，正因为红矮星本身比我们的太阳要暗淡很多，因此，围绕它们转转的小行星才变得相对更容易找到，这也是为什么红矮星会成为行星狩猎热门目标的原因。截至目前，科学家们已经对许多红矮星进行了可能的类地行星探测，尽管这些星球都不像我们所认知的那样适合生命。在很长的一段时间里，红矮星都被科学家们认定为不适合居住，因为它的光和热量都是有限的，那么其可居住区域或周围行星上形成水的区域会非常接近恒星，这会使行星处于恒星的有害辐射范围之内。比如，行星或许会被锁定，一侧一直朝向太阳，而另一侧则一直处于阴冷状态。

但这样的认知在后续的探索结果中发生了转变，尤其是在2019年，科学家们发现了绕红矮星TRAPPIST-1运行的七颗地球大小的行星，并通过研究表明这些行星中可能有适合生命存活的个体。研究人员表示，在大约6%的红矮星可居住区域内，都会存在一个足够温暖、可能有地表液态水存在的地球一般大小的行星。当然，红矮星最终也会像其他恒星一样燃烧殆尽，它们的核心不再融合变成了白矮星，待所有热量散发完全后成为所谓的黑矮星。宇宙的年龄也不过140亿年左右，红矮星需要花费数万亿年的时间来燃烧它们的燃料，而我们的太阳在几十亿年后就将变成白矮星，昏暗的红矮星就像乌龟一样，慢慢地在这场生存竞赛中取得了胜利。


本文选自：今日头条