奇特的天体奇观正隐藏着外星空间天气的秘密

艺术家对M矮星TIC 141146667周围空间天气的描绘。电离气体环面由恒星的磁场和旋转塑造，恒星两侧有两个紧密的团块。图片来源：uux.cn纳维德·马尔维，卡内基科学出版社。

（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：自从人类仰望夜空以来，我们就一直在思考那些塑造围绕其他太阳的世界的无形力量。我们能看到遥远恒星的光芒，但它们更为隐秘的影响——太阳风、磁暴和粒子——长期以来一直隐藏在我们视线之外。这些元素统称为太空天气，是行星命运的无声建筑师。在我们自己的太阳系中，我们知道这些粒子在决定行星发生什么方面甚至比光的影响更大。然而，在银河系广袤的各个角落，研究这种无形的天气却是一场充满挫败感的练习。天文学家不能简单地将探测器飞到遥远的恒星，然后在其轨道上放置监测设备。

然而，大自然可能已经替我们完成了艰难的工作。卡内基的卢克·布马发现，一种特定类型的恒星可能携带着自己的监测设备。通过观察一组天体“怪人”，布马和他的合作者、圣安德鲁斯大学的莫伊拉·贾丁意识到，某些恒星被自然存在的太空气象站包围。这些空间站并非由金属和电路构成，而是等离子体，被困在磁场舞蹈中，揭示恒星周围隐藏的环境。

发现这一发现的旅程始于一个涉及一类被称为M矮星的恒星的谜题。这些恒星在银河系中最为常见，特点是比我们的太阳更小、更冷、更暗。虽然规模不大，但影响力极大;大多数已知M矮星至少拥有一颗地球大小的岩石行星。但很长一段时间里，这些恒星中有一个特定的子集，称为复周期变量，让天文学家一直猜测不定。这些是年轻、快速旋转的恒星，亮度会反复出现奇特且反复的下降。

对于地球上的观察者来说，这些“奇怪的小暗淡点”令人困惑。科学家们不确定他们看到的是星斑——恒星表面的暗斑——还是有某种物理物质绕恒星运行，阻挡了它的光线。这些闪烁不稳定且神秘，呈现为有节奏但复杂的阴影，难以解释。它们是恒星邻里的“奇异小谜团”，直到布马和贾丁决定仔细观察恒星表面上方发生的事情。

为了揭开谜团，研究人员创造了所谓的复周期变量光谱电影。这项技术使他们能够以传统快照无法做到的方式可视化物质绕恒星的运动。他们发现的不是固体物体，也不是星星脸上的简单瑕疵。相反，他们发现了大块冷等离子体。

艺术家对M矮星TIC周围空间天气的概念141146667展示了磁力线。图片来源：uux.cn纳维德·马尔维，卡内基科学

这些等离子体并不是随便漂浮到太空中。它被困在恒星的磁层中，磁层是环绕恒星体的强大磁场环境。由于恒星旋转极快，其磁场就像一根看不见的系绳，拖拽着这些巨大的等离子体团块。这些团块合在一起形成一种称为环面的甜甜圈形状。当这片带电粒子组成的“甜甜圈”绕恒星旋转时，它会穿过恒星和我们的望远镜之间，造成多年来困扰天文学家的奇异亮度下降。

一旦团队意识到他们正在研究等离子环，这一发现从单纯的好奇转变为一项强大的科学工具。这些环形结构实际上充当了太空气象站的功能。由于等离子体受恒星能量和磁场的物理影响，观察等离子体的运动和集中地点，可以准确告诉科学家恒星附近发生了什么。

它为我们提供了一扇窗口，了解遥远星系的太空天气。通过观察等离子体，研究人员可以确定物质受磁场影响的强度，以及恒星内部引擎对周围环境的推拉作用。这是一个偶然的突破;曾经令人恼火的数据不一致现象，如今已成为主要的信息来源。Bouma和Jardine估计，至少有10%的M矮星在其生命早期阶段具有这些等离子体特征。这意味着银河系中可能有数百万个这样的自然“站点”，等待被解读。

理解M矮星周围环境至关重要，因为这些恒星是最有可能成为我们未来希望称为“类地行星”的宿主。虽然许多地球大小的岩石行星目前被视为不宜居——通常温度过高，无法形成液态水或缺乏大气层——但它们依然是重要的实验室。通过研究它们，我们了解到恒星如何塑造其行星所构成的地面。

强烈辐射和频繁的恒星耀斑可以剥夺行星生命潜力，但如果不测量导致这种现象的粒子和磁暴，我们无法完全理解这一过程。这项研究提供了缺失的环节。虽然我们一直能够观测恒星的光芒，但我们一直难以看到可能是决定适居性的关键因素的太空天气。

等离子体环的发现为天文学家提供了探究恒星与行星关系的新途径。这有助于解答一个世界是否能保持大气层，还是会被母星烧成荒芜的岩石。展望未来，这些“奇特”恒星将成为理解定义我们宇宙的行星-恒星关系的关键。即使我们尚未知道这些遥远世界是否真正适宜居住，我们现在已有工具观察天气并探究答案。

更多信息：Luke G. Bouma 等，《围绕年轻低质量恒星的等离子环》，《天体物理学杂志快报》（2025）。DOI：10.3847/2041-8213/ade39a