Furia Słońca. Co sto lat gwiazdy takie jak nasza emitują potężne superrozbłyski

Gwiazdy wyrzucają w przestrzeń kosmiczną ogromne ilości promieniowania częściej niż dotychczas uważano. Słońce również jest zdolne do takich wybuchów. Dowody najbardziej gwałtownych słonecznych rozbłysków można znaleźć w prehistorycznych pniach drzew i próbkach prastarego lodu z lodowców. Jednak na podstawie tych pośrednich źródeł nie można określić częstotliwości superrozbłysków. A bezpośrednie pomiary ilości promieniowania docierającego do Ziemi ze Słońca są dostępne dopiero od początku ery kosmicznej.

Próbując jakoś ominąć tę luką naukowcy kierowani przez uczonych z Instytutu Maxa Plancka ds. Badań Układu Słonecznego (MPS) w Niemczech zwrócili się ku innym gwiazdom. Analizy z obserwacji ponad 50 tys. gwiazd wykazały, że potężne superrozbłyski zdarzają się częściej niż sądzono. Astronomowie ustalili, że gwiazdy podobne do Słońce mogą emitować potencjalnie katastrofalne w skutkach rozbłyski mniej więcej raz na sto lat. Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma "Science".

Rozbłyski słoneczne to nic innego jak erupcje promieniowania. To zjawiska i procesy spowodowane nagłą emisją z atmosfery Słońca ogromnej ilości energii w postaci fal elektromagnetycznych oraz strumienia cząstek o prędkościach dochodzących nawet do 70 proc. prędkości światła.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Rozbłyski słoneczne mogą zakłócać pracę satelitów, a co za tym idzie, systemów komunikacyjnych. Silne rozbłyski mogą również wpłynąć na pracę urządzeń elektronicznych na Ziemi. Mogą być również niebezpieczne dla astronautów przebywających na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

– Nie możemy obserwować Słońca przez tysiące lat – wyjaśnił Sami Solanki, dyrektor MPS i współautor publikacji. – Zamiast tego możemy monitorować zachowanie tysięcy gwiazd bardzo podobnych do Słońca w krótkich okresach. Pomaga nam to oszacować, jak często występują superrozbłyski – dodaje.

Najnowsze teleskopy służące do obserwacji gwiazd rejestrują wahania ich jasności w świetle widzialnym. Superrozbłyski, które uwalniają gigantyczne ilości energii w krótkim okresie, ukazują się w danych jako krótkie, wyraźne szczyty jasności.

W swoich pracach zespół naukowców przeanalizował dane obserwacyjne dotyczące 56 450 gwiazd podobnych do Słońca. Podglądał je Kosmiczny Teleskop Keplera w latach 2009-2013. – Łącznie teleskop Keplera dostarczył nam dane z 220 tys. lat aktywności gwiazdowej – powiedział Alexander Shapiro z Uniwersytetu w Grazu.

Ale badacze nie analizowali cech pierwszych lepszych gwiazd. Starannie dobrali skład swojej próbki. Wybrane gwiazdy miały być bliskimi kuzynami naszego Słońca. Przeanalizowali dane dotyczące wyłącznie tych gwiazd, których temperatura powierzchni i jasność są podobne do Słońca. Wykluczyli również źródła błędów, takie jak promieniowanie kosmiczne, przelatujące asteroidy lub komety, a także gwiazdy niepodobne do Słońca, które na zdjęciach Keplera mogą przypadkowo rozbłysnąć w pobliżu gwiazdy podobnej do Słońca. Zespół dokładnie przeanalizował obrazy każdego potencjalnego superrozbłysku – o rozmiarze zaledwie kilku pikseli – i zliczył tylko te zdarzenia, które można było wiarygodnie przypisać jednej z wybranych gwiazd.

W ten sposób naukowcy zidentyfikowali 2889 superrozbłysków na 2527 z 56 450 obserwowanych gwiazd. Oznacza to, że średnio jedna gwiazda podobna do Słońca wytwarza superrozbłysk mniej więcej raz na stulecie.

– Byliśmy bardzo zaskoczeni, że gwiazdy podobne do Słońca są podatne na tak częste superrozbłyski – powiedział Walerij Wasiljew z MPS, pierwszy autor publikacji. Wcześniejsze badania przeprowadzone przez inne grupy wykazały, że takie gwiazdy emitują superrozbłyski co 1000, a nawet 10 tys. lat. Ale w tych badaniach ich autorzy nie byli w stanie określić dokładnego źródła obserwowanego rozbłysku i dlatego musieli ograniczyć się do gwiazd, które nie miały zbyt bliskich sąsiadów na obrazach z teleskopów. Obecne badanie jest jak dotąd najbardziej precyzyjne na tym polu.

Dłuższe odstępy między tego typu ekstremalnymi zdarzeniami na Słońcu były sugerowane również przez prace, w których szukano dowodów na gwałtowne burze słoneczne uderzające w Ziemię. Gdy do atmosfery Ziemi dociera szczególnie duży strumień energetycznych cząstek ze Słońca, wytwarza w niej wykrywalną ilość radioaktywnych atomów, takich jak radioaktywny izotop węgla, węgiel-14. Izotop ten trafia do naturalnych archiwów, takich jak słoje drzew i lód lodowcowy. Nawet tysiące lat później można znaleźć ślady takiego wydarzenia. W ten sposób badaczom udało się zidentyfikować w ciągu ostatnich dwunastu tysięcy lat pięć takich ekstremalnych zdarzeń i trzech kandydatów na takie. To dało średnią częstość występowania superrozbłysków raz na 1500 lat. Uważa się, że najsilniejszy miał miejsce w roku 775 roku n.e.

Autorzy nowych badań nie ustalili, kiedy Słońce może znowu wyemitować superrozbłysk, ale wyniki przez nich uzyskane sugerują, że należy się przygotować na taki, a w tym może pomóc dokładniejsze prognozowanie pogody kosmicznej. – Nowe dane są jaskrawym przypomnieniem, że nawet najbardziej ekstremalne zjawiska słoneczne są częścią naturalnego repertuaru Słońca – powiedziała współautorka publikacji Natalie Krivova z MPS.

Nagłe wzrosty aktywności słonecznej nieustannie wstrząsają naszą planetą, ale Słońce nie emitowało w ciągu ostatniego stulecia dużego superrozbłysku. Do największej w nowożytnej historii burzy geomagnetycznej doszło w 1859 roku. 1 września angielski astronom Richard Christopher Carrington zaobserwował silny rozbłysk na powierzchni Słońca. Idący za nim potężny koronalny wyrzut masy dotarł do Ziemi po zaledwie 18 godzinach, choć zwykle tego typu zdarzenia osiągają orbitę Ziemi znacznie później.

Obłok wywołał burze geomagnetyczną, która spowodowała awarię sieci telegraficznych w całej Europie i Ameryce Północnej. Doniesienia z tamtych czasów mówią też, że zorze polarne były widziane nawet na terenie Włoch. Obecnie burza ta nazywana jest zdarzeniem Carringtona. Ale według dzisiejszych szacunków, rozbłysk towarzyszący zdarzeniu Carringtona uwolnił tylko setną część energii superrozbłysku.

Źródło: Max Planck Institute for Solar System Research, IFLScience