国家天文台研究发现快自转恒星的耀斑活动区纬度分布与太阳一致
国家天文台研究发现快自转恒星的耀斑活动区纬度分布与太阳一致
近日，国家天文台和南京大学天文与空间科学学院的联合研究团队在恒星耀斑活动区纬度分布研究方面取得重要进展。研究发现，快自转恒星的耀斑活动区纬度分布与太阳相似，这一发现对现有的恒星演化理论模型和发电机模型提供了新的观测证据。
恒星和太阳物理的一个重要问题是：太阳是否是众多恒星中的一个特例？它的观测特征和理论模型能否适用于其他恒星？要回答这个问题，需要对比恒星和太阳的观测数据，特别是空间分布上的信息。然而，在过去40年里，由于观测技术的限制，绝大多数恒星在观测上表现为点源，无法进行空间分辨。现有的方法如多普勒成像也存在诸多局限性，这使得对于恒星表面的重要空间信息，如恒星活动区的纬度分布，我们知之甚少。
近日，国家天文台和南京大学天文与空间科学学院的联合研究团队提出了一种新的方法来研究恒星耀斑活动区的纬度分布。研究团队通过研究具有不同观测倾角的恒星的耀斑活动性与观测倾角的关系，发现快自转恒星的耀斑活动性的观测值随观测倾角的变化与太阳一致，证明了快自转恒星的耀斑活动区纬度分布与太阳相似。该工作发表在国际科学期刊《天文和天体物理》。
研究团队首先利用GOES卫星对太阳的长期X射线观测数据，构建了近40年的恒星耀斑活动区的纬度分布（图1）。然后模拟开普勒望远镜观测太阳时耀斑活动性随观测倾角的变化（图1（c）），这些变化主要受耀斑在球面上的位置和临边昏暗效应的影响。
研究团队通过自转-活动性关系筛选出约50个快自转恒星。这些恒星由于磁场饱和，其本征活动性保持一致。研究团队结合多方面的观测数据，包括开普勒望远镜、SDSS的APOGEE数据以及相关理论模型，计算出这些快自转恒星相对于观测者的倾角，从而得出这些恒星的耀斑活动性和倾角的关系（图2）。通过比较恒星和太阳的变化趋势，发现它们之间存在一致性。
这一发现具有重要意义。传统方法在反演恒星活动区在临近赤道附近的分布时存在诸多局限性，而新方法弥补了这一缺陷。研究结果表明，那些本征活动性相同的恒星，其活动性的观测值却随观测倾角变化，这种变化很可能是由它们活动区的纬度分布造成的。传统的观点认为快自转的恒星的活动区应该在高纬度，而这项研究提出了完全相反的结论，这对现有的恒星演化理论模型和发电机模型提供了强有力的观测证据。
南京大学程鑫教授表示：“快速旋转恒星的活动区（强磁场区）可能像太阳黑子一样主要出现在赤道附近，这与主流发电机模型预测恒星黑子会出现在两极区域是不一致的，这项工作预期会让一批从事恒星发电机研究的人重新审视自己的模型。”
审稿人高度评价了这项工作，认为该工作在方法上非常创新和有趣（very novel and intrinsically interesting），并且有很大的应用空间，对于理解恒星活动区的纬度分布和背后的发电机制有重要的影响。该研究得到了多项国家自然科学基金的支持。
图1.（a）沿赤道方向从1977年到2017年太阳的耀斑能量的纬度分布。（b）与（a）类似但展示方向为极区方向。（c）观测者沿不同倾角观测恒星耀斑活动性得到的变化曲线。
图2.快速自转恒星的耀斑活动性随观测倾角的变化（有颜色的点）与太阳耀斑活动性随观测倾角的变化（绿线）对比。
参考文献：
Y. Yang et al. 2025, A&A, 691, A103