原標(biāo)題：國(guó)家天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)M型恒星活動(dòng)性時(shí)間和空間演化規(guī)律

近期，國(guó)家天文臺(tái)博士楊卉沁及劉繼峰研究員等人，首次利用LAMOST和Kepler的數(shù)據(jù)揭示了M型恒星耀發(fā)與其自轉(zhuǎn)周期的三段式關(guān)系，以及其色球?qū)雍凸馇驅(qū)拥哪芰酷尫抨P(guān)系。這些成果在揭示恒星結(jié)構(gòu)演化及進(jìn)一步認(rèn)識(shí)內(nèi)部能量釋放機(jī)制等方面都跨出了重要一步。

結(jié)合Kepler光變和LAMOST光譜數(shù)據(jù)，他們對(duì)M型星的耀發(fā)活動(dòng)性進(jìn)行了全面的研究，發(fā)現(xiàn)M型恒星的耀發(fā)活動(dòng)性按自轉(zhuǎn)周期從短到長(zhǎng)，依次處于超級(jí)飽和、飽和及指數(shù)衰減階段，并給出了恒星活動(dòng)性的分界條件。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，M型恒星耀發(fā)時(shí)的色球?qū)雍凸馇驅(qū)拥哪芰酷尫懦蓛缏申P(guān)系，指數(shù)大約為2。并且證實(shí)在恒星的輻射發(fā)電機(jī)制到對(duì)流發(fā)電機(jī)制的轉(zhuǎn)變過程中，恒星活動(dòng)性有大幅度提升。以上結(jié)論揭示了恒星的結(jié)構(gòu)演化的細(xì)節(jié)，內(nèi)部能量釋放的機(jī)制，并證實(shí)了恒星發(fā)電機(jī)制的理論預(yù)言。該項(xiàng)研究成果已在國(guó)際知名期刊《天體物理學(xué)報(bào)》( Yang et al. 2017, ApJ, 849，36）上發(fā)表。

在高分辨率測(cè)光衛(wèi)星Kepler正式運(yùn)行之前，人們對(duì)于恒星活動(dòng)性的研究主要是使用光譜的發(fā)射線（如Ca II，Hα等），自轉(zhuǎn)周期或者X射線光度等來粗略表征。但是對(duì)于活動(dòng)性更為直接的事件——耀發(fā)，卻知之甚少。由于耀發(fā)是磁重聯(lián)的結(jié)果，所以磁場(chǎng)的強(qiáng)度和位形對(duì)于恒星活動(dòng)性有決定性的影響。傳統(tǒng)恒星磁發(fā)電機(jī)制認(rèn)為，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱主要由對(duì)流層的深淺和自轉(zhuǎn)的速度決定，但是對(duì)于其磁活動(dòng)性與這些指標(biāo)有何種正相關(guān)關(guān)系，不同大氣層的能量釋放，傳遞的機(jī)制等卻不甚清晰。同時(shí)，理論預(yù)言，當(dāng)恒星完全對(duì)流時(shí)（恒星處于M4之后）發(fā)電機(jī)制將徹底改變，活動(dòng)性有大幅提高。但由于觀測(cè)限制，一直沒有直接證據(jù)來證實(shí)該理論預(yù)言。隨著LAMOST大規(guī)模的巡天任務(wù)的開展，得益于其大樣本數(shù)據(jù)的支持，楊卉沁等人首次證實(shí)了恒星發(fā)電機(jī)制的理論預(yù)言。

研究人員通過對(duì)540個(gè)M型恒星的超過十萬個(gè)白光耀發(fā)事件的研究，發(fā)現(xiàn)其耀發(fā)活動(dòng)性與周期呈現(xiàn)三段式的關(guān)系，即超級(jí)飽和、飽和、指數(shù)衰減階段。如下圖左上所示，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，離心制動(dòng)理論是出現(xiàn)超級(jí)飽和的主要原因。通過比較色球?qū)又笜?biāo)Hα發(fā)射線的相對(duì)光度與耀發(fā)能量的關(guān)系，研究人員得到了非常好的指數(shù)關(guān)系，如下圖右上所示，并進(jìn)一步揭示了其能量釋放關(guān)系，超級(jí)耀發(fā)的機(jī)制等問題。研究人員結(jié)合恒星耀發(fā)能量與光譜類型的關(guān)系，揭示了恒星在完全對(duì)流前后（M4左右），活動(dòng)性有大幅度提升。這是恒星發(fā)電機(jī)理論最直接有力的證據(jù)。如左下圖所示。同時(shí)，研究人員通過比較耀發(fā)能量，周期，發(fā)射線等，發(fā)現(xiàn)自轉(zhuǎn)周期10天可以作為恒星活動(dòng)與不活動(dòng)的邊界條件，如右下圖所示。論文審稿人對(duì)該工作給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為該工作對(duì)相關(guān)領(lǐng)域做出了全面，透徹且很有價(jià)值的研究。

左上圖是恒星耀發(fā)活動(dòng)性與周期的關(guān)系，右上圖是恒星色球?qū)右l(fā)能量和光球?qū)右l(fā)能量的關(guān)系，左下圖是恒星活動(dòng)性與溫度的關(guān)系，右下圖是發(fā)射線星和非發(fā)射線星與周期的關(guān)系。 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)圖