超級耀斑，一種爆發(fā)能量比典型太陽耀斑大萬倍以上的恒星活動現(xiàn)象。隨著時域天文學(xué)研究的深入開展，超級耀斑也越來越被人們所關(guān)注，其巨大的能量釋放過程，對周圍的行星系統(tǒng)一定是毀滅性的。就如電影《先知》中的結(jié)局一樣，大規(guī)模太陽耀斑最后襲擊了地球，如同“炙烤”一樣的災(zāi)難性毀滅致使地球再無生靈。

太陽“發(fā)脾氣”

1859年9月，英國業(yè)余天文學(xué)家里查德·卡林頓觀測到了第一個太陽耀斑。伴隨產(chǎn)生的日冕物質(zhì)拋射，攜帶大量高能粒子襲擊了地球的地磁層，而后產(chǎn)生了有記錄以來最大的一次地磁暴事件。這次事件也就是人們熟知的“卡林頓事件”。包括中國南方在內(nèi)的世界多地，甚至接近赤道的古巴地區(qū)都看到了這次事件所引起的極光現(xiàn)象。歐洲及北美地區(qū)的電報(bào)系統(tǒng)也遭受到了來自太陽高能粒子的破壞，以致通信連接時斷時續(xù)。

與一眾典型的普通太陽耀斑相比，超級耀斑所釋放的能量則是他們的萬倍以上。雖然太陽產(chǎn)生比“卡林頓事件”更大的超級耀斑的可能性較低，但此類現(xiàn)象卻在其他恒星上不間斷地上演著。

圖1. 如果太陽爆發(fā)超級耀斑致使地球“逃跑”（圖源：屠作霖）

我們不由地要問：太陽真的會爆發(fā)超級耀斑嗎？超級耀斑和典型太陽耀斑有怎樣的異同？這一爆發(fā)事件又有著怎樣的物理驅(qū)動機(jī)制？在搜尋可宜居行星的同時，恒星活動性是否又是另一個我們必須要考慮的宜居要素呢？

近日，南京大學(xué)王發(fā)印教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合云南大學(xué)西南天文研究所王海峰博士利用美國凌星系外行星巡天望遠(yuǎn)鏡TESS和我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施LAMOST的數(shù)據(jù)對恒星超級耀斑進(jìn)行了研究，他們試圖利用恒星的光度變化以及光譜信息來獲取上述問題的答案。研究成果發(fā)表在國際知名天文期刊（2021,ApJS,253,35）。

圖2. TESS觀測天區(qū)（圖源：https://tess.mit.edu/）

LAMOST聯(lián)手TESS解惑超級耀斑

早在2000年，美國天文學(xué)家Cuntz等人就提出理論模型，認(rèn)為恒星活動性的增強(qiáng)是由恒星與周圍行星的磁場相互作用導(dǎo)致的。2012年，日本學(xué)者前原裕之等人通過統(tǒng)計(jì)美國Kepler數(shù)據(jù)中類太陽恒星（恒星表面溫度以及重力與太陽都相似的一類恒星）的超級耀斑事件，發(fā)現(xiàn)類太陽恒星超級耀斑的爆發(fā)率與普通太陽耀斑爆發(fā)率具有相同的冪律指數(shù)結(jié)果，以此認(rèn)為單一恒星爆發(fā)超級耀斑是完全可能的。

美國凌星系外行星巡天望遠(yuǎn)鏡TESS于2018年4月發(fā)射升空，開啟了肩負(fù)搜尋太陽系外行星的巡天任務(wù)。自2019年7月開始，TESS已經(jīng)對北天區(qū)展開了為期一年的巡天觀測。

我國第一個天文類重大科技基礎(chǔ)設(shè)施LAMOST，作為全球光譜獲取率最高的光譜巡天望遠(yuǎn)鏡，自2012年起對北天區(qū)展開了持續(xù)的光譜巡天 ，且已經(jīng)獲取了千萬量級的恒星光譜數(shù)據(jù)。研究人員從TESS數(shù)據(jù)中獲取了由311顆類太陽恒星爆發(fā)的1272個超級耀斑事件。同時，7454顆TESS捕捉到的類太陽恒星在LAMOST的光譜數(shù)據(jù)中也得到了匹配。

LAMOST與TESS的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，為研究人員進(jìn)一步探索恒星超級耀斑提供了前所未有的機(jī)遇和數(shù)據(jù)支持。

圖3. TESS望遠(yuǎn)鏡的示意圖，背景是一顆恒星和它布滿巖漿的行星（圖源：NASA）

基于LAMOST的光譜數(shù)據(jù)，南京大學(xué)王發(fā)印教授、屠作霖等人測量了這些恒星的色球活動程度（S-index）。值得一提的是，恒星的色球活動與其黑子密切相關(guān)，其活動劇烈程度也與其磁場強(qiáng)度大致呈正比例關(guān)系。另外，TESS不僅提供了從光度變化曲線上搜索超級耀斑的可能性，還提供了對恒星表面黑子所占比例（Rvar）進(jìn)行估計(jì)的機(jī)會，而恒星表面黑子大小與恒星爆發(fā)超級耀斑的能力直接相關(guān)。

圖4. 晨曦中的LAMOST （孔嘯拍攝）

研究人員將爆發(fā)了超級耀斑的恒星（紅色、黃色數(shù)據(jù)點(diǎn)）與沒有爆發(fā)超級耀斑的恒星（藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn)）進(jìn)行了區(qū)分（下圖所示）。他們發(fā)現(xiàn)爆發(fā)超級耀斑的那些恒星要比沒有爆發(fā)超級耀斑的恒星具有更高的色球活動程度（S-index），同時也具有更高的表面黑子占比（Rvar）。此外，他們發(fā)現(xiàn)爆發(fā)超級耀斑的類太陽恒星同太陽相比具有更劇烈的色球活動以及更大的黑子覆蓋率。

圖5. 類太陽恒星的色球活動程度和表面黑子占比（圖片來源：Tu, Zuo-Lin et al. 2021, ApJS, 253, 2）

這些結(jié)果不僅表明單一類太陽恒星完全具備獨(dú)立產(chǎn)生超級耀斑的可能性，同時結(jié)合太陽的活動性來看，目前太陽爆發(fā)超級耀斑進(jìn)而摧毀地球的概率是非常低的。在未來，研究人員期待利用LAMOST的更多數(shù)據(jù)，對這一類爆發(fā)超級耀斑的類太陽恒星進(jìn)行更深入的研究，力求對超級耀斑的物理機(jī)制有更全面的認(rèn)識。

作者簡介：屠作霖，南京大學(xué)博士生，高能時域天文和宇宙學(xué)組學(xué)生，師從王發(fā)印教授。研究興趣包括以超級耀斑為代表的恒星活動性，及光學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理。

王發(fā)印，南京大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。主要從事高能時域天文和宇宙學(xué)研究，包括伽瑪射線暴、快速射電暴、引力波電磁對應(yīng)體及以暫現(xiàn)源（伽瑪射線暴、快速射電暴等）為工具研究宇宙學(xué)（加速膨脹和暗能量等）。

文稿編輯：蔡　琳