Die Physik hinter dem ungewöhnlichen Verhalten von Superflares bei Sternen wurde entdeckt.

6 Dezember 2023

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durch die University of Hawaii at Manoa

Unsere Sonne produziert aktiv Sonneneruptionen, die die Erde beeinflussen können, wobei die stärksten Eruptionen in der Lage sind, Stromausfälle zu verursachen und Kommunikation zu stören - möglicherweise global. Obwohl Sonneneruptionen kraftvoll sein können, sind sie im Vergleich zu den Tausenden von "Super-Eruptionen", die von den Kepler- und TESS-Missionen der NASA beobachtet wurden, unbedeutend. "Super-Eruptionen" werden von Sternen erzeugt, die 100-10.000 Mal heller sind als die Sonne.

Es wird angenommen, dass die Physik zwischen Sonneneruptionen und Super-Eruptionen gleich ist: eine plötzliche Freisetzung magnetischer Energie. Sterne mit Super-Eruptionen haben stärkere Magnetfelder und somit hellere Eruptionen, aber einige zeigen ein ungewöhnliches Verhalten - eine anfängliche, kurzlebige Helligkeitssteigerung, gefolgt von einer sekundären, länger anhaltenden, aber weniger intensiven Eruption.

Ein Team unter der Leitung von Kai Yang, Postdoktorand am Institut für Astronomie der University of Hawaii, und Associate Professor Xudong Sun haben ein Modell entwickelt, um dieses Phänomen zu erklären, das heute in The Astrophysical Journal veröffentlicht wurde.

"Indem wir das, was wir über die Sonne gelernt haben, auf andere, kühlere Sterne angewendet haben, konnten wir die Physik identifizieren, die diese Eruptionen antreibt, obwohl wir sie nie direkt beobachten konnten", sagte Yang. "Die Veränderung der Helligkeit dieser Sterne im Laufe der Zeit hat uns tatsächlich geholfen, diese Eruptionen zu 'sehen', die eigentlich viel zu klein sind, um sie direkt zu beobachten."

Ein Video einer koronalen Schleife auf der Sonne von der Solar Dynamics Observatory zeigt das Phänomen des "koronalen Regens". Credit: University of Hawaii at Manoa

Das sichtbare Licht in diesen Eruptionen soll nur aus den unteren Schichten der Atmosphäre eines Sterns stammen. Durch magnetische Rekonnexion angeregte Teilchen regnen aus der heißen, dünnen Korona (äußere Schicht eines Sterns) herab und erhitzen diese Schichten.

In neueren Arbeiten wurde vermutet, dass die Emission von koronalen Schleifen - heißem Plasma, das vom magnetischen Feld der Sonne eingeschlossen ist - auch bei Super-Eruptionen von Sternen nachweisbar sein könnte, aber die Dichte in diesen Schleifen müsste extrem hoch sein. Leider hatten Astronomen keine Möglichkeit, dies zu überprüfen, da es keine Möglichkeit gibt, diese Schleifen auf Sternen außer unserer eigenen Sonne zu sehen.

Andere Astronomen haben anhand von Daten der Kepler- und TESS-Teleskope Sterne mit einer besonderen Lichtkurve entdeckt - ähnlich einem himmlischen "Spitzbuckel", einem Sprung in der Helligkeit. Es stellt sich heraus, dass diese Lichtkurve einer solaren Phänomen ähnelt, bei dem ein zweiter, allmählicher Gipfel auf den anfänglichen Ausbruch folgt.

"Diese Lichtkurven erinnerten uns an ein Phänomen, das wir auf der Sonne beobachtet haben, das sogenannte späte solare Eruptionen", sagte Sun.

Die Forscher fragten sich, ob derselbe Prozess - angeregte, große stellare Schleifen - ähnliche Helligkeitssteigerungen in sichtbarem Licht in der späten Phase erzeugen könnte.

Yang ging dieser Frage nach, indem er Flüssigkeitssimulationen anpasste, die häufig zur Simulation von Sonneneruptionsschleifen verwendet wurden, und die Schleifenlänge und magnetische Energie skalierte. Er fand heraus, dass die hohe Energieeinspeisung der großen Eruptionen erhebliche Masse in die Schleifen pumpt - was zu dichter, heller, sichtbarer Lichtemission führt, genau wie vorhergesagt.

Diese Studien haben gezeigt, dass wir eine solche "Buckel"-artige Lichtemission nur sehen, wenn das superheiße Gas in dem höchsten Teil der Schleife abkühlt. Aufgrund der Schwerkraft fällt dieses leuchtende Material dann herab und erzeugt das, was wir "koronalen Regen" nennen, das wir oft auf der Sonne sehen. Dadurch ist das Team zuversichtlich, dass das Modell realistisch sein muss.

Journal-Informationen: Astrophysical Journal

Bereitgestellt von der University of Hawaii at Manoa