国家天文台发现M型恒星活动性时间和空间演化规律

近日，中国科学院国家天文台博士杨卉沁及研究员刘继峰等，首次利用LAMOST和Kepler的数据，揭示M型恒星耀发与其自转周期的三段式关系，以及其色球层和光球层的能量释放关系。这些成果在揭示恒星结构演化及进一步认识内部能量释放机制等方面跨出了重要一步。

结合Kepler光变和LAMOST光谱数据，科研人员对M型星的耀发活动性进行了全面的研究，发现M型恒星的耀发活动性按自转周期从短到长，依次处于超级饱和、饱和及指数衰减阶段，并给出恒星活动性的分界条件。同时发现，M型恒星耀发时的色球层和光球层的能量释放成幂律关系，指数大约为2。研究证实，在恒星的辐射发电机制到对流发电机制的转变过程中，恒星活动性有大幅度提升。以上结论揭示了恒星的结构演化的细节，内部能量释放的机制，并证实了恒星发电机制的理论预言。该研究成果发表在《天体物理学报》上。

在高分辨率测光卫星Kepler正式运行前，人们对恒星活动性的研究主要是使用光谱的发射线（如Ca II，Hα 等），自转周期或X射线光度等来粗略表征。但对于活动性更直接的事件——耀发，知之甚少。由于耀发是磁重联的结果，所以磁场的强度和位形对恒星活动性有决定性的影响。传统恒星磁发电机制认为，磁场的强弱主要由对流层的深浅和自转的速度决定，但对于其磁活动性与这些指标有何种正相关关系，不同大气层的能量释放，传递的机制等却不甚清晰。同时，理论预言，当恒星完全对流时（恒星处于M4之后）发电机制将彻底改变，活动性有大幅提高。由于观测限制，没有直接证据来证实该理论预言。随着LAMOST大规模的巡天任务的开展，得益于其大样本数据的支持，杨卉沁等首次证实了恒星发电机制的理论预言。

研究人员通过对540个M型恒星的超过十万个白光耀发事件的研究，发现其耀发活动性与周期呈现三段式的关系，即超级饱和、饱和、指数衰减阶段。如下图左上所示，进一步研究发现，离心制动理论是出现超级饱和的主要原因。通过比较色球层指标Hα发射线的相对光度与耀发能量的关系，研究人员得到了非常好的指数关系，如下图右上所示，并进一步揭示其能量释放关系，超级耀发的机制等问题。研究人员结合恒星耀发能量与光谱类型的关系，揭示了恒星在完全对流前后（M4左右），活动性有大幅度提升。这是恒星发电机理论最直接有力的证据。如左下图所示。同时，研究人员通过比较耀发能量、周期、发射线等，发现自转周期10天可以作为恒星活动与不活动的边界条件，如右下图所示。论文审稿人对该工作给予高度评价，认为该工作对相关领域做出了全面，透彻且很有价值的研究。

　　左上图是恒星耀发活动性与周期的关系，右上图是恒星色球层耀发能量和光球层耀发能量的关系，左下图是恒星活动性与温度的关系，右下图是发射线星和非发射线星与周期的关系。