Наблюдения показывают, что звезды, подобные Солнцу, испускают супервспышки раз в столетие

Изображение солнцеподобной звезды, демонстрирующей сверхвспышку в видимом свете, сделанное художником. Автор: MPS/Алексей Чижик

Нет сомнений в том, что солнце - темпераментная звезда, о чем свидетельствуют необычно сильные солнечные бури этого года. Некоторые из них привели к замечательным полярным сияниям даже в низких широтах. Но может ли наша звезда стать еще более яростной?

Свидетельства самых сильных солнечных «вспышек» можно найти в стволах доисторических деревьев и в образцах тысячелетнего ледникового покрова. Однако, исходя из этих косвенных источников, частоту сверхвспышек определить невозможно. А прямые измерения количества радиации, достигающей Земли от Солнца, стали доступны только с начала космической эры.

Еще один способ узнать о долгосрочном поведении нашего солнца - обратиться к звездам, согласно подходу нового исследования. Работа опубликована в журнале Science.

Современные космические телескопы наблюдают за тысячами звезд и регистрируют колебания их яркости в видимом свете. Сверхвспышки, которые за короткий промежуток времени высвобождают энергию, превышающую один октиллион джоулей, проявляются в данных наблюдений в виде коротких ярко выраженных пиков яркости.

В поисках близких родственников солнца

В текущем исследовании участвовала команда исследователей из Университета Граца (Австрия), Университета Оулу (Финляндия), Национальной астрономической обсерватории Японии, Университета Колорадо в Боулдере (США), а также Комиссариата атомной и альтернативной энергетики Париж-Сакле и Университета Париж-Сите., проанализировали данные о 56 450 солнцеподобных звездах, наблюдавшихся космическим телескопом НАСА «Кеплер» в период с 2009 по 2013 год.

«В совокупности данные»Кеплера«свидетельствуют о 220 000 годах звездной активности», - сказал профессор Александр Шапиро из Университета Граца.

Решающее значение для исследования имел тщательный отбор звезд, который необходимо было принять во внимание. В конце концов, выбранные звезды должны быть особенно близкими «родственниками» Солнца. Поэтому ученые рассматривали только те звезды, температура поверхности и яркость которых были близки к солнечным.

Исследователи также исключили многочисленные источники ошибок, такие как космическое излучение, пролетающие астероиды или кометы, а также звезды, не похожие на Солнце, которые на снимках «Кеплера» могут случайно вспыхнуть вблизи звезды, похожей на солнце. Для этого команда тщательно проанализировала изображения каждой потенциальной сверхвспышки — размером всего в несколько пикселей — и подсчитала только те события, которые можно было с уверенностью отнести к одной из выбранных звезд.

Таким образом, исследователи выявили 2889 сверхвспышек на 2527 из 56 450 наблюдаемых звезд. Это означает, что в среднем одна звезда, подобная солнцу, производит сверхвспышку примерно раз в столетие.

«Высокопроизводительные расчеты динамики этих звезд солнечного типа легко объясняют магнитное происхождение интенсивного выделения энергии во время таких сверхвспышек», - сказал соавтор исследования доктор Аллан Саша Брюн из Комиссариата атомной и альтернативной энергетики Париж-Сакле и Университета Париж-Сите.

Удивительно частые

"Мы были очень удивлены, что звезды, подобные солнцу, подвержены таким частым вспышкам", - сказал первый автор исследования доктор Валерий Васильев из MPS. Более ранние исследования, проведенные другими исследовательскими группами, показали, что средние интервалы составляют тысячу или даже десять тысяч лет.

Однако более ранние исследования не смогли определить точный источник наблюдаемой вспышки и поэтому были вынуждены ограничиться звездами, которые не имели слишком близких соседей на изображениях телескопа. Текущее исследование является наиболее точным и чувствительным на сегодняшний день.

Более длительные средние временные интервалы между экстремальными солнечными явлениями также были выявлены в ходе исследований, направленных на поиск свидетельств сильных солнечных бурь, воздействующих на Землю. Когда поток энергичных частиц, излучаемых Солнцем, достигает атмосферы Земли, в нем образуется заметное количество радиоактивных атомов, таких как радиоактивный изотоп углерода ¹⁴ С.

Эти атомы затем откладываются в природных архивах, таких как годичные кольца деревьев и ледниковый покров. Таким образом, даже тысячи лет спустя внезапный приток высокоэнергетических солнечных частиц можно определить, измерив температуру ¹⁴°C с использованием современных технологий.

Таким образом, исследователи смогли идентифицировать пять экстремальных событий, связанных с солнечными частицами, и три возможных случая за последние двенадцать тысяч лет голоцена, что привело к тому, что в среднем они происходили раз в 1500 лет.

Считается, что самое сильное из них произошло в 775 году нашей эры. Однако, вполне возможно, что в прошлом на Солнце происходило больше таких мощных вспышек, а также сверхвспышек.

"Неясно, всегда ли гигантские вспышки сопровождаются выбросами корональной массы и какова связь между сверхвспышками и экстремальными выбросами частиц на Солнце. Это требует дальнейшего изучения", - отметил соавтор исследования профессор, доктор Илья Усоскин из Университета Оулу в Финляндии. Изучение наземных свидетельств прошлых экстремальных явлений на Солнце может привести к недооценке частоты сверхвспышек.

Прогнозирование опасной космической погоды

Новое исследование не раскрывает, когда на солнце произойдет следующая вспышка. Однако результаты призывают к осторожности. "Новые данные являются суровым напоминанием о том, что даже самые экстремальные солнечные явления являются частью естественного репертуара солнца", - сказала соавтор исследования доктор Натали Кривова из MPS.

Во время Каррингтонского события 1859 года, одной из самых сильных солнечных бурь за последние 200 лет, телеграфная сеть вышла из строя на значительной территории Северной Европы и Северной Америки. По оценкам, связанная с этим вспышка высвободила лишь сотую долю энергии сверхвспышки. Сегодня, помимо инфраструктуры на поверхности Земли, наибольшему риску подвергаются спутники.

Поэтому наиболее важной подготовкой к сильным солнечным бурям является надежное и своевременное прогнозирование. В качестве меры предосторожности, например, спутники могут быть отключены. С 2031 года космический зонд ESA Vigil будет помогать в составлении прогнозов.

Находясь в космосе, он будет наблюдать за Солнцем сбоку и быстрее, чем земные зонды, заметит, когда на нашей звезде начнутся процессы, которые могут привести к опасной космической погоде. В настоящее время MPS разрабатывает поляриметрический и магнитный томограф для этой миссии.

Дополнительная информация: Валерий Васильев, Солнцеподобные звезды производят сверхвспышки примерно раз в столетие, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adl5441. www.science.org/doi/10.1126/science.adl5441

Источник: Max Planck Society