Międzynarodowa grupa badaczy kierowana przez astronoma z Laboratorium Astronomicznego w Tuluzie opracowała pierwszą mapę pola magnetycznego małomasywnej gwiazdy – czerwonego karła. Otrzymany rezultat zaskakuje swą prostotą. Pole magnetyczne V374 Pegasi bardziej przypomina ziemskie niż chaotyczne pole magnetyczne, któego się spodziewano.

Ku zdziwieniu naukowców, pole magnetyczne badanej gwiazdy nie posiada złożonej struktury, której się spodziewali, lecz bardziej przypomina ziemskie pole magnetyczne lub pole magnesu sztabkowego. Ten rezultat sklania do ponownego zastanowienia się nad procesem powstawania pól magnetycznych Słońca i gwiazd. W przyszłości, może pomóc w przewidywaniu aktywności słonecznej i jej wpływu na klimat ziemski.

V374 Pegasi znajduje się w odległości 20 lat świetlnych (a więc w zasadzie w naszym sąsiedztwie), w gwiazdozbiorze Pegaza. Jest to gwiazda bardzo mało masywna, o promieniu trzy razy mniejszym niż promień Słońca, której temperatura powierzchni nie przekracza 2900 stopni Celsjusza (w przypadku Słońca, temperatura wynosi 5500 C). Mała jasność (jest to obiekt 100 razy słabszy niż najsłabsze obiekty dostrzegalne nieuzbrojonym okiem) czyni obiekt trudnym do zaobserwowania, jednak dzięki nowemu spektropalaryzometrowi ESPaDOnS2 udało się mimo wszystko zgromadzić cenne informacje na temat jej pola magnetycznego.

Jest to tym samym pierwszy przypadek, gdy sporządzono mapę pola magnetycznego gwiazdy tego typu. Ale rezultat nie jest tym, czego naukowcy się spodziewali. Istniejące obecnie modele przewidują, że chaotyczne ruchy konwekcyjne wewnątrz chłodnej gwiazdy powinny prowadzić do powstania pola magentycznego złożonego i w niewielkim stopniu uporządkowanego. Lecz zamiast tego, struktura pola magnetycznego V374 jest podobnie prosta jak pole zwykłego magnesu. Siła tego magnesu jest porównywalna z siłą pola magentycznego w pobliżu plam słonecznych, w sumie jest około 1000 razy większa niż globalne pole magnetyczne Słońca. Obserwacje potwierdzają również, że V374 Pegasi rotuje podobnie jak ciało stałe.

NASA

Schemat budowy Słońca. Uwzględniono strefę konwekcji, warstwę przejściową, warstwę promieniującą i jądro.

Powszechnie uważa się, że pole magnetyczne Słońca powstaje w wyniku procesu nazywanego dynamem magnetycznym. Dwa główne czynniki procesu to konwekcja w zewnętrznych warstwach wnętrza gwiazdy, odpowiedzialna za rozporowadzanie energii; oraz zmiany rotacji gwiazdy w zależności od szerokości heliograficznej i głębokości. W przypadku Słońca, te dwa czynniki prowadzą do powstania pola magnetycznego oscylującego z częstotliwością około 22 lat.

Najnowsze modele spekulują, że pole magnetyczne produkowane jest w strefie oddziaływania między zewnętrzną warstwą konwekcyjną a wewnętrznym regionem Słońca. Wiele aspektów procesu pozostaje jednak jeszcze nieznaych. W przypadku gwiazd o bardzo małej temperaturze, strefa konwekcji będzie rozciągać się na całym obszarze od powierzchni do centrum gwiazdy. Bez warstwy oddziaływania, pole magnetyczne takiej gwiazdy powinno być bardziej chaotyczne i mniej uporządkowane niż w przypadku Słońca, z jego biegunami magnetycznymi i plamami.

Lockheed Martin

Pętle magnetyczne zaobserwowane na powierzchni Słońca przez satelitę TRACE.

Na nieszczęście naukowców, większość gwiazd jest zbyt odległa, aby można było zaobserwować szczegóły na ich powierzchni, nawet przy użyciu najbardziej wyszukanych instrumentów. Na szczęście, niektóre gwiazdy rotują wystarczająco szybko, aby można było ominąć ten problem. Techniki zbliżone do tomografii używanej w medycynie pozwalają zrekonstruować szczegóły jasności i pola magnetycznego na podstawie obserwacji spektroskopowych wykonywanych w pełnych cyklach rotacji. Technika ta nazwyana jest obrazowaniem dopplerowskim i polega na wykorzystaniu efektu Dopplera wynikającego z rotacji gwiazdy.

Pozostaje teraz zrozumieć, w jaki sposób powstało pole magnetyczne V374, gdyż to pozwoli lepiej zrozumieć i przeanalizować pole magnetyczne naszej własnej gwiazdy, Słońca. Należy wyjaśnić, w jaki sposób zależy ono od masy, wieku, rotacji i temperatury gwiazdy.

Mimo że Słońce może wydawać nam się niezmienne, zmiania się ono w czasie, a związane z tym fluktuacje jasności, choć niewielkie, mogą mieć wpłwy na klimat naszej planety. Naukowcy podejrzewają, że słabsze świecenie Słońca mogło być odpowiedzialne za tak zwaną Małą Epokę Lodowcową, która poanowała na Ziemi miedzy XV a XVIII wiekiem.

Takie zmiany mogą być ziązane ze zmiennością pola magnetycznego, jednak mechanizm tego zjawiska nie został jeszcze poznany. Badanie pola magnetycznego innych gwiazd jest nowym sposobem na rozszyforwanie słonecznego pola magnetycznego i jego ewentualnego wpływu na ziemski klimat. Astronomowie działają tu jak lekarz, który będzie badał wielu pacjentów, po to żeby lepiej zrozumieć istotę choroby.

CFHT

Zdjęcie przedstawia elementy instrumentu spektropolaryzometru ESPaDOnS, zamontowanego na Teleskopie Francusko-Kanadyjsko-Hawajskim na Mauna Kea. Na górze po lewej polarimetr, po prawej spektrometr, a na dole zdjęcia teleskopu.

Do obserwacji wykorzystano instrument ESPaDOnS2, zamontowany niedawno na 3,6 metrowym Teleskopie Kanadyjsko-Francusko-Hawajskim, znajdującym się na Mauna Kea na Hawajach. Instrument ten składa się z polarimetru zamontowanego w ognisku teleskopu oraz spektrografu dużej rozdzielczości. Jest to jedyny instrument na świecie, za pomocą którego można zbadać topologię pola magnetycznego tak słabych gwiazd. Kopia instrumentu, nosząca nazwę NARVAL, zostanie wkrótce umieszczona na dwumetrowym teleskopie Lyot na Pic du Midi we Francji.