Słońce powinno być zdolne do wybuchów, które są sto razy silniejsze niż najsilniejszy rozbłysk kiedykolwiek zarejestrowany. Pokazuje to analiza ponad 50 000 gwiazd podobnych do Słońca.
Gwiazdy podobne do Słońca wytwarzają gigantyczne wybuchy promieniowania średnio raz na sto lat. Takie rozbłyski uwalniają więcej energii niż trylion bomb wodorowych i sprawiają, że wszystkie wcześniej zarejestrowane rozbłyski słoneczne bledną w porównaniu. Szacunki te opierają się na spisie 56 450 gwiazd podobnych do Słońca, który międzynarodowy zespół naukowców przedstawił 13 grudnia 2024 roku w czasopiśmie Science. Wynika z nich, że poprzednie badania znacznie niedoszacowały potencjału erupcyjnego tych gwiazd. W danych z Kosmicznego Teleskopu Keplera, gwiazdy podobne do Słońca można znaleźć od dziesięciu do stu razy częściej niż wcześniej zakładano. Słońce również jest prawdopodobnie zdolne do podobnie gwałtownych erupcji.
Nie ma wątpliwości, że Słońce jest kapryśną gwiazdą, czego dowodem są tegoroczne niezwykle silne burze słoneczne. Niektóre z nich doprowadziły do niezwykłych zórz nawet na niskich szerokościach geograficznych. Ale czy nasza gwiazda może stać się jeszcze bardziej wściekła? Dowody na najbardziej gwałtowne „napady złości” słonecznej można znaleźć w prehistorycznych pniach drzew i próbkach tysiącletniego lodu lodowcowego. Jednak na podstawie tych pośrednich źródeł nie można określić częstotliwości superrozbłysków. Bezpośrednie pomiary ilości promieniowania docierającego do Ziemi ze Słońca są dostępne dopiero od początku ery kosmicznej.
Innym sposobem na poznanie długoterminowego zachowania naszego Słońca jest zwrócenie się ku gwiazdom, tak jak w przypadku nowej pracy. Nowoczesne teleskopy kosmiczne obserwują tysiące gwiazd i rejestrują ich wahania jasności w świetle widzialnym. Superrozbłyski, które uwalniają ilości energii przekraczające oktylion dżuli w krótkim okresie czasu, pojawiają się w danych obserwacyjnych jako krótkie, wyraźne szczyty jasności. Nie możemy obserwować Słońca przez tysiące lat, prof. dr Sami Solanki, dyrektor MPS i współautor, wyjaśnił podstawową ideę badań. Zamiast tego możemy jednak monitorować zachowanie tysięcy gwiazd bardzo podobnych do Słońca w krótkich okresach czasu. Pomaga nam to oszacować, jak często występują superrozbłyski.
Poszukiwanie bliskich krewnych Słońca
W obecnych badaniach zespół składający się z naukowców z Uniwersytetu w Grazu (Austria), Uniwersytetu w Oulu (Finlandia), Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Japonii, Uniwersytetu Colorado Boulder (USA) oraz Centrum Badawczego CEA Paris-Saclay i Uniwersytetu Paris-Cité przeanalizowali dane z 56 450 gwiazd podobnych do Słońca, które zostały zaobserwowane przez teleskop Keplera w latach 2009-2013. W całości, dane Keplera dostarczają nam dowodów na 220 000 lat gwiezdnej aktywności – powiedział prof. dr Alexander Shapiro z Uniwersytetu w Grazu.
Kluczowe znaczenie dla badań miał staranny wybór gwiazd, które miały być brane pod uwagę. W końcu wybrane gwiazdy powinny być szczególnie bliskimi „krewnymi” Słońca. Naukowcy dopuścili zatem tylko gwiazdy, których temperatura powierzchniowa i jasność były podobne do Słońca. Wykluczyli również liczne źródła błędów, takie jak promieniowanie kosmiczne, przelatujące asteroidy lub komety, a także gwiazdy niedopasowane do Słońca, które na obrazach Keplera mogą przypadkowo rozbłysnąć w pobliżu gwiazdy podobnej do Słońca. W tym celu zespół dokładnie przeanalizował obrazy każdego potencjalnego superrozbłysku – o wielkości zaledwie kilku pikseli – i policzył tylko te zdarzenia, które można było wiarygodnie przypisać do jednej z wybranych gwiazd.
W ten sposób naukowcy zidentyfikowali 2889 rozbłysków na 2527 z 56 450 obserwowanych gwiazd. Oznacza to, że średnio jedna gwiazda podobna do Słońca wytwarza rozbłysk raz na sto lat.
Wysokowydajne obliczenia dynamiki tych gwiazd typu słonecznego z łatwością wyjaśniają magnetyczne pochodzenie intensywnego uwalniania energii podczas takich rozbłysków – powiedział współautor, dr Allan Sacha Brun z Centrum Badawczego CEA Paris-Saclay i Uniwersytetu Paris-Cité.
Zadziwiająca częstotliwość
Byliśmy bardzo zaskoczeni, że gwiazdy podobne do Słońca są podatne na tak częste superrozbłyski – powiedział pierwszy autor dr Valeriy Vasilyev z MPS. Wcześniejsze badania przeprowadzone przez inne grupy badawcze wykazały średnie odstępy czasu wynoszące tysiące, a nawet dziesięć tysięcy lat. Jednak wcześniejsze badania nie były w stanie określić dokładnego źródła obserwowanego rozbłysku i dlatego musiały ograniczać się do gwiazd, które nie miały zbyt bliskich sąsiadów na obrazach z teleskopu. Obecne badania są jak dotąd najbardziej precyzyjne i czułe.
Dłuższe średnie odstępy czasu między ekstremalnymi zdarzeniami słonecznymi zostały również zasugerowane przez badania poszukujące dowodów na gwałtowne burze słoneczne wpływające na Ziemię. Kiedy do atmosfery Ziemi dociera szczególnie duży strumień wysokoenergetycznych cząstek ze Słońca, powstaje wykrywalna ilość atomów radioaktywnych, takich jak radioaktywny izotop węgla 14C. Atomy te są następnie odkładane w naturalnych archiwach, takich jak słoje drzew i lód lodowcowy. Nawet tysiące lat później, nagły napływ wysokoenergetycznych cząstek słonecznych można zatem wywnioskować, mierząc ilość 14C przy użyciu nowoczesnych technologii.
W ten sposób naukowcy byli w stanie zidentyfikować pięć ekstremalnych zdarzeń związanych z cząsteczkami słonecznymi i trzech kandydatów w ciągu ostatnich dwunastu tysięcy lat holocenu, co prowadzi do średniej częstotliwości występowania raz na 1500 lat. Uważa się, że najbardziej gwałtowne zdarzenie miało miejsce w 1775 roku naszej ery. Jest jednak całkiem możliwe, że w przeszłości na Słońcu wystąpiło więcej takich gwałtownych zdarzeń cząsteczkowych, a także więcej superrozbłysków. Nie jest jasne, czy gigantycznym rozbłyskom zawsze towarzyszą koronalne wyrzuty masy i jaki jest związek między superrozbłyskami a ekstremalnymi zdarzeniami cząstek słonecznych. Wymaga to dalszych badań – podkreślił współautor prof. dr Ilya Usoskin z Uniwersytetu w Oulu w Finlandii. Spojrzenie na naziemne dowody przeszłych ekstremalnych zjawisk słonecznych może zatem zaniżyć częstotliwość superrozbłysków.
Prognozowanie niebezpiecznej pogody kosmicznej
Nowe badania nie ujawniają, kiedy Słońce wykaże kolejną aktywność. Jednak wyniki zalecają ostrożność. Nowe dane są wyraźnym przypomnieniem, że nawet najbardziej ekstremalne zdarzenia słoneczne są częścią naturalnego repertuaru Słońca – powiedziała współautorka dr Natalie Krivova z MPS. Podczas zjawiska Carringtona w 1859 roku, jednej z najbardziej gwałtownych burz słonecznych w ciągu ostatnich 200 lat, sieć telegraficzna uległa awarii w dużej części północnej Europy i Ameryki Północnej. Według szacunków, związany z tym rozbłysk uwolnił zaledwie 1/100 energii superrozłbysku. Dziś, oprócz infrastruktury na powierzchni Ziemi, zagrożone byłyby zwłaszcza satelity.
Najważniejszym przygotowaniem do silnych burz słonecznych jest zatem niezawodne i terminowe prognozowanie. Jako środek ostrożności można na przykład wyłączyć satelity. Od 2031 roku sonda kosmiczna Vigil będzie pomagać w prognozowaniu. Ze swojej pozycji obserwacyjnej w kosmosie będzie ona spoglądać na Słońce z boku i zauważać wcześniej niż sondy na Ziemi, kiedy na naszej gwieździe zachodzą procesy, które mogą napędzić niebezpieczną pogodę kosmiczną. MPS opracowuje obecnie Polarimetric and Magnetic Imager dla tej misji.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
MPG
