论文显示即使是最平静的红矮星也比太阳更狂野

红矮星有些危险。人类的眼睛已经习惯了我们仁慈的黄色太阳和它照耀在我们光荣、生命覆盖的星球上的温暖光芒。但是红矮星看起来喜怒无常、脾气暴躁，甚至不祥。

在很长一段时间内，它们可以保持平静，但随后它们会猛烈爆发，向任何可能在附近行星上立足的生命发出警告。

红矮星(M矮星)是银河系中最常见的恒星类型。这意味着大多数系外行星都围绕着红矮星运行，而不是像我们的太阳那样漂亮、行为良好的G型恒星。随着天文学家更详细地研究红矮星，他们发现在系外行星宜居性方面，红矮星可能不是最好的恒星宿主。多项研究表明，红矮星会猛烈地爆发，发出足够强大的辐射，使附近的行星无法居住，即使它们稳固地处于潜在的宜居带内。

但仍有很多天文学家不了解红矮星及其野性。一项新研究检查了177个M型矮星，以更好地了解它们的长期变化。研究人员发现，红矮星的行为比想象的要复杂，即使是最平静的红矮星也比太阳更狂野。

该研究的标题是“M矮星的恒星活动特征。I.大样本的长期变化和新周期的检测。”该论文将发表在《天文学与天体物理学》杂志上，并可在预印本服务器arXiv上获取。主要作者是格勒诺布尔阿尔卑斯大学和法国国家科学研究中心(CNRS)的博士后研究员LucileMignon。

研究中的这张图显示了观察每颗恒星的夜晚数和观察的时间跨度。蓝色星星是57星子样本，红色星星是剩余的星星。图片来源：Mignon等人。2023年

所有的恒星都有一定程度的变化。太阳遵循一个11年的周期，在此期间我们恒星表面的太阳黑子数量有增有减。这都与磁活动有关。但宜居性取决于长期周期。生命在比几年更长的时间范围内进步。地球上的生命需要数十亿年才能真正开始。

这就是天体物理学家对红矮星及其长期变化感兴趣的原因之一。生命大约在35亿年前出现在地球上，但复杂的生命直到大约5.4亿年前的寒武纪大爆发才真正出现。如果生命总体上遵循相似的时间框架，红矮星的变异性是否会阻止生命持续存在?

观察红矮星并得出任何结论是一项艰巨的挑战。我们可以非常详细地观察太阳，尤其是近年来。一队航天器——包括帕克太阳探测器、太阳轨道飞行器、太阳和日光层轨道飞行器等——致力于对其进行详细监测。我们还长期观察了太阳及其活动。

不幸的是，我们无法在极长的时间内监测单个红矮星。相反，研究人员不得不凑合使用跨越几十年左右的数据集。在这项新研究中，Mignon和她的合著者检查了HARPS(高精度径向速度行星搜索器)从2003年到2020年观测到的177M矮星。这个时间尺度的活动包含这些恒星在较长时期内如何表现的线索。

HARPS本质上是一个光谱仪，这项研究的作者从中获得了红矮星的色球发射。色球层发射源于恒星的磁场活动，而不是其聚变。耀斑是磁活动的产物，因此研究耀斑意味着研究恒星的色球层。该团队还分析了红矮星的光度特征以及色球辐射。

研究中的这个数字是该团队的一些结果的一个例子。它显示了一颗名为GJ273的红矮星的变异性，更广为人知的名称是Luyten'sStar。它的一颗行星位于恒星的星周宜居带中。请注意指数时间尺度，它显示了较长时间段内的可变性。图片来源：Mignon等人。2023年

研究红矮星变率的困难源于我们有限的长期数据。“一个周期的明确识别需要测量显示它在几个时期内的重复。这需要在很长一段时间内获取数据，”他们解释道。

缺乏这一点，研究人员采用了他们所谓的“季节”的想法。通过识别单个恒星的季节，他们可以更好地分析数据。“我们将这些季节定义为150天的区间(以尽可能平均旋转调制)至少有五次观测(150天是M矮星自转周期的典型最大限制)，并且在150天的区间内，观测之间的间隔短于40天，”他们解释道。

这确定了57颗恒星的子样本。

结果表明，可变性是M矮星的一个决定性特征。“我们发现大多数恒星变化很大，即使是最安静的恒星也是如此，”研究人员写道。“我们样本中的大多数恒星(75%)都表现出长期变化，这主要通过线性或二次变化表现出来，尽管真实的行为可能更复杂。”(线性变异性更简单，而二次变异性表示一个循环。)

研究人员在他们的样本中发现周期从几年到20多年不等。但他们很快指出他们的发现有局限性，他们的研究只是朝着更好地了解红矮星迈出的第一步。对于许多恒星来说，有一个强烈的迹象表明存在长期变化。“......如果更好地采样，更好采样的恒星可能会表现出更复杂的行为，”他们写道。但是，他们的结果仍然是“......然而，表明长期变化的强烈存在，并表明这些恒星具有强烈的长期变化，这在寻找系外行星时很重要。”

可能存在相互影响的多层循环和变化，使得恒星的行为很难破译。作者写道，他们令人费解的行为“……可能是由于同时在不同时间尺度上存在复杂的潜在可变性”。

研究人员表示，即使数据有限，他们也取得了进展。“即使时间覆盖对于某些恒星来说不够，我们的数据也可以用来估计最小周期(如果存在的话)。”但有些结论目前还无法下定论。他们的分析“……不足以保证信号是周期性的，甚至是准周期性的。”

红矮星宜居性的灌篮高手目前还遥不可及。可能正如这项研究暗示的那样，红矮星之间存在如此多的变异性，以至于它们永远无法预测。但不要打赌科学会发现更多细节。

红矮星燃烧是有据可查的。迄今为止探测到的最强大的恒星耀斑来自一颗红矮星。2019年，一颗红矮星和我们最近的恒星邻居比邻星发出的耀斑比其耀斑前的亮度高14,000倍，而且只用了几秒钟就发出如此明亮的耀斑。系外行星比邻星b位于恒星的潜在宜居带，如此明亮的耀斑可能会消除行星上存在生命甚至液态水的可能性。即使比邻星每百万年或更长时间爆发一次如此明亮的光，也可能消除生命存在的可能性。

在其他世界寻找生命或宜居性不可避免地包括对红矮星的关注。它们的丰富性意味着必须对它们进行更深入的研究。最终我们认为可能适合居住的许多行星，如著名的TRAPPIST-1行星，可能只是受到了来自其红矮星宿主的过多辐射。它们的变化越大，生命在红矮星周围的系外行星上持续存在甚至繁荣的可能性就越小。