來自Gaia DR2的晚型矮星新磁轉(zhuǎn)變的證據(jù)

自2018年4月25日第二次蓋亞數(shù)據(jù)發(fā)布以來，天體物理學(xué)家已經(jīng)擁有了前所未有的豐富信息，不僅包括星系中恒星的距離和運(yùn)動(dòng)，還包括許多其他恒星參數(shù)，這些參數(shù)是通過利用船上的儀器來實(shí)現(xiàn)的。衛(wèi)星和任務(wù)的獨(dú)特特征。導(dǎo)出其距離和運(yùn)動(dòng)所需的同一恒星的多次觀測(cè)也產(chǎn)生了與恒星變化相關(guān)的參數(shù)。特別是表面上有斑點(diǎn)的恒星的數(shù)據(jù)與我們的太陽(yáng)上的點(diǎn)相似，提供了有關(guān)它們的旋轉(zhuǎn)周期和表面磁場(chǎng)的信息。由表面磁場(chǎng)產(chǎn)生的恒星點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)制恒星亮度，從而可以導(dǎo)出恒星。旋轉(zhuǎn)周期并提供其磁活動(dòng)的指示。觀測(cè)到的大量恒星使得僅通過前22個(gè)月的蓋亞觀測(cè)就可以生成迄今為止最大的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)集，其旋轉(zhuǎn)周期和調(diào)制幅度大約為150,000個(gè)類太陽(yáng)恒星。

當(dāng)科學(xué)家們檢查了類太陽(yáng)恒星的新蓋亞旋轉(zhuǎn)調(diào)制數(shù)據(jù)集時(shí)，他們預(yù)計(jì)調(diào)制幅度會(huì)隨著周期的增加而逐漸減少，可能是膝蓋分離了一個(gè)更快的旋轉(zhuǎn)，“飽和”狀態(tài)，其中磁力活動(dòng)很弱取決于旋轉(zhuǎn)，從較慢的旋轉(zhuǎn)，“不飽和”狀態(tài)，其中磁活動(dòng)更強(qiáng)烈地依賴于旋轉(zhuǎn)。實(shí)際上，這種趨勢(shì)的存在已經(jīng)從地面觀測(cè)中得到了很好的證實(shí)，并且最近Kepler衛(wèi)星的觀測(cè)證實(shí)了這一點(diǎn)。然而，令他們驚訝的是，蓋亞的數(shù)據(jù)顯示出一種不同且完全出乎意料的畫面。豐富的數(shù)據(jù)使人們有可能第一次揭開數(shù)據(jù)的序幕，振幅 - 周期密度圖中不同表面不均勻性區(qū)域的特征。這些制度在這樣的圖表中產(chǎn)生數(shù)據(jù)聚類，只有蓋亞數(shù)據(jù)的豐富性才能揭示。

飽和狀態(tài)本身由兩個(gè)分支組成，分別為高振幅和低振幅，在旋轉(zhuǎn)周期短于約兩天時(shí)由明顯的間隙分開。低振幅分支也將自身分解成兩個(gè)團(tuán)塊，顯示在旋轉(zhuǎn)周期短于半天的數(shù)據(jù)點(diǎn)過密度，這定義了超快旋轉(zhuǎn)器(UFR)，并且在大于約的時(shí)間段處的另一個(gè)過密度5天，與開普勒數(shù)據(jù)相比，被確定為不飽和體系的尖端。這些證據(jù)出乎意料地深刻地挑戰(zhàn)了我們對(duì)年輕類太陽(yáng)恒星的磁旋轉(zhuǎn)演化的看法，并提出了一種新的方案。

更深入的調(diào)查顯示，高振幅分支是由尚未在核心中點(diǎn)燃?xì)涞哪贻p恒星組成的。低振幅慢旋轉(zhuǎn)組中的恒星被識(shí)別為較老的不飽和恒星。超快旋轉(zhuǎn)器和高振幅分支上的較快恒星預(yù)計(jì)將成為點(diǎn)燃其核心中氫燃燒的尖端的恒星。

與之前的面板相同，注釋了三組，并且用箭頭表示了建議的新的磁旋轉(zhuǎn)演化軌跡。具有厚吸積盤(T Tauri)的年輕太陽(yáng)能恒星位于高振幅分支上。從那里，恒星最終轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙柡驼w。然而，如果旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致它們幾乎達(dá)到分裂速度，它們會(huì)迅速地將其外觀改變?yōu)楦虞S對(duì)稱的表面斑點(diǎn)配置，這產(chǎn)生更小的旋轉(zhuǎn)調(diào)制幅度，從而填充超快旋轉(zhuǎn)器(UFR)組。從那里開始，恒星以較慢的速度向低振幅慢旋轉(zhuǎn)聚類演化，對(duì)應(yīng)于非飽和狀態(tài)，其中破風(fēng)主導(dǎo)著恒星旋轉(zhuǎn)。圖片來源：卡塔尼亞大學(xué)

除了產(chǎn)生斑點(diǎn)外，類太陽(yáng)恒星中的表面磁場(chǎng)也是年齡增長(zhǎng)時(shí)恒星旋轉(zhuǎn)的原因。實(shí)際上，磁場(chǎng)產(chǎn)生并控制恒星風(fēng)，這消除了恒星的角動(dòng)量。然而，在類太陽(yáng)恒星的演化過程中有一個(gè)階段，它可以旋轉(zhuǎn)起來。年輕的太陽(yáng)能恒星尚未在核心中點(diǎn)燃?xì)錃?，因此傾向于旋轉(zhuǎn)。在這種收縮的早期階段，通過與行星形成的吸積盤的相互作用，角動(dòng)量的損失阻止了旋轉(zhuǎn)。當(dāng)行星開始形成并且盤中的氣體消散時(shí)，恒星隨后自由旋轉(zhuǎn)直到整個(gè)收縮階段結(jié)束。在那之后，旋轉(zhuǎn)停止并且恒星開始旋轉(zhuǎn)。

因此，將已知年齡和進(jìn)化狀態(tài)的恒星放置在蓋亞振幅周期密度圖中，可以描繪年輕類太陽(yáng)恒星的磁旋轉(zhuǎn)演化的新情景。在它們演化的早期階段，當(dāng)它們被識(shí)別為具有厚吸積盤的 T Tauri型時(shí)，恒星位于高振幅分支上。當(dāng)它們開始耗散它們的磁盤時(shí)，它們會(huì)旋轉(zhuǎn)，但仍然保持在高振幅分支上，直到它們點(diǎn)燃其核心中的氫燃燒并停止收縮。由于磁場(chǎng)引起的制動(dòng)，恒星隨后向下旋轉(zhuǎn)，并向低振幅，慢旋轉(zhuǎn)器狀態(tài)移動(dòng)。向慢旋轉(zhuǎn)，不飽和狀態(tài)的過渡有點(diǎn)不連續(xù)，如幅度中較低的密度所示 - 周期密度圖。這為文獻(xiàn)中最近提出的磁轉(zhuǎn)變的存在提供了觀察支持。

低振幅的超快旋轉(zhuǎn)器過密度的存在，與高振幅分支明顯分離，以及高振幅分支朝向非常短的時(shí)間段的密度降低，表明存在替代的磁旋轉(zhuǎn)演變，其中沒有蓋亞之前的證據(jù)。高振幅分支上的恒星旋轉(zhuǎn)接近其分裂速度(即當(dāng)赤道處的離心力與重力相當(dāng)時(shí))經(jīng)歷非?？焖俚拇胚^渡朝向更軸對(duì)稱的場(chǎng)配置，這導(dǎo)致調(diào)制的急劇減小振幅并使它們進(jìn)入超快速旋轉(zhuǎn)器狀態(tài)。連接超快旋轉(zhuǎn)器組和低振幅慢旋轉(zhuǎn)器組的非常稀疏的人口表明恒星以較慢的速度旋轉(zhuǎn)，

因此，所有恒星最終會(huì)聚到低振幅慢旋轉(zhuǎn)分支，即達(dá)到不飽和狀態(tài)，其中磁化風(fēng)制動(dòng)控制恒星旋轉(zhuǎn)。科學(xué)界正在積極研究恒星旋轉(zhuǎn)的后期階段，因?yàn)樗梢蕴峁┮环N有效的方法來推導(dǎo)恒星在進(jìn)化階段的年齡，而其他恒星參數(shù)變化非常小。在這方面，Gaia數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的振幅雙峰有助于識(shí)別處于不飽和狀態(tài)的恒星，當(dāng)時(shí)可以應(yīng)用這種“陀螺儀年表”。