賓夕法尼亞州立大學研究人員對一個遙遠的恆星耀斑的觀測可能包含了一個超冷的小型M型紅矮星上的“日冕雨”的第一個證據。

對一顆小型涼爽恆星上的恆星耀斑的高分辨率光譜觀測表明了“日冕雨”的可能性，這種現像在我們的太陽上已經被觀測到，但是在這種大小的恆星上還沒有被證實。這顆恆星被稱為vB 10，它的大小約為太陽的十分之一，產生的能量不到太陽的1%。科學家使用賓夕法尼亞州立大學宜居帶行星探測儀（HPF）在大型Hobby Eberly望遠鏡上進行了研究。用HPF探測儀進行的這些觀測使研究人員能夠測量出耀斑中某些原子線的波長變化，這些原子線與熱等離子體回落到恆星表面的情況相一致，並與太陽的“日冕雨”的觀測結果相似。

由賓夕法尼亞州立大學科學家領導的團隊發表的一篇描述觀測結果的論文，包括對耀斑的時間序列分析，並可能幫助天文學家對此類事件的能量和頻率進行限制。這篇論文已經發表在《天體物理學雜誌》上。

賓夕法尼亞州立大學天文學和天體物理學榮譽教授、論文作者Larry Ramsey說：“正如其名稱所示，宜居帶行星探測儀旨在通過尋找M型紅矮星的光譜變化來探測行星，這種變化是由於恆星在繞行行星的引力下’擺動’造成的。但是我們從一開始就知道，我們可能從這些光譜中了解到更多關於恆星活動的情況，而不是關於行星的情況。”

這顆恆星被歸類為“超冷紅矮星”–它的大小接近於木星–是仍然能夠將氫氣融合為氦氣的最小的恆星之一。HPF對它進行了觀測，作為其正常的行星搜尋行動的一部分，但隨後的分析發現，這顆恆星的發射物出現了一個巨大的峰值，與恆星耀斑一致。

耀斑是恆星表面短暫的強烈能量噴發。天文學家不知道到底是什麼原因造成的，但目前最好的假設是，當恆星表面的磁場線破裂並重新連接時，它們會釋放出大量的能量，其中一些轉化為熱能，將恆星上的離子和電子加速到極速。事件附近的一些氣體沖向恆星的表面，一些則被射出到耀斑上方。

賓夕法尼亞州立大學的研究生和該論文的主要作者Shubham Kanodia說：“恆星耀斑在M型紅矮星上很常見。但是由於HPF探測儀的高分辨率，我們能夠從這個耀斑的光譜中檢測到一些不尋常的特徵。”

HPF檢測到來自幾個原子的發射，這些原子被耀斑激發到高能狀態。特別是，來自氦原子的原子轉變的發射線顯示出向更長波長的輕微偏移，被稱為“紅移”。這種轉變表明，發出這種光的受激原子正以每秒約70公里的速度向恆星墜落。

Kanodia說：“氦線的這种红移表明了一種叫做’日冕雨’的現象，這種現像在太陽上已經被觀察了幾十年。當耀斑激發的一些氣體回落到恆星表面時，就會發生’日冕雨’。以前的一些研究提出了M型紅矮星上出現’日冕雨’的可能性，但是如果我們的解釋是正確的，這將是對超冷紅矮星上’日冕雨’的第一次定量觀測，也是第一次使用氦發射作為指標。”

對M型紅矮星上耀斑和“日冕雨”的觀測可以幫助天文學家更好地了解恆星的物理學。

Ramsey說：“人們認為耀斑是由磁場的破壞造成的，但是我們目前還沒有一個關於像vB 10這樣的恆星上如何產生磁場的模型。看到像這樣的恆星和我們的太陽在活動細節上的相似性是令人驚訝的。像這樣的額外觀測將有望幫助約束能夠開始解釋這種現象的模型。”

HPF由賓夕法尼亞州立大學設計和建造，安裝在德克薩斯州麥克唐納天文台的Hobby-Eberly望遠鏡上，是為數不多的能夠探測到來自小型超冷紅矮星的這類信號的高分辨率近紅外天文光譜儀之一。

賓夕法尼亞州立大學天文學和天體物理學教授，HPF的主要研究人員，以及論文的作者Suvrath Mahadevan說：“值得注意的是，我們檢測到氦線的紅移以及其他發射線，這表明它們與耀斑有關。我們知道這些恆星的磁力結構可能與像我們太陽這樣的恆星非常不同，所以看到這種類似的活動是令人興奮的，並希望能夠更好地理解恆星的磁力和活動。”