Onderzoekers die zonachtige sterren bestuderen, evenals historisch bewijsmateriaal van boomringen en gletsjerijs, suggereren dat extreme zonnegebeurtenissen, waaronder supervlammen, vaker voorkomen dan eerder werd gedacht. De bevindingen, afgeleid van gegevens van duizenden door Kepler waargenomen sterren, geven aan dat gewelddadige zonnestormen een normaal onderdeel zijn van de zonneactiviteit, wat de noodzaak onderstreept van effectieve ruimteweersvoorspellingen en het beschermen van de technologische infrastructuur van de aarde.
De zon is een onstabiele ster, zoals blijkt uit de ongewoon sterke zonnestormen van dit jaar, die zelfs op lage breedtegraden verbluffende aurorae veroorzaakten. Maar wordt onze ster extremer? Aanwijzingen over de meest gewelddadige zonne-uitbarstingen worden bewaard in eeuwenoude boomringen en gletsjerijs dat duizenden jaren oud is. Deze natuurlijke gegevens bieden echter slechts indirect bewijs, waardoor het moeilijk is om te bepalen hoe vaak dergelijke gebeurtenissen plaatsvonden. Directe meting van zonnestraling is pas mogelijk sinds het begin van het ruimtetijdperk.
Om het langetermijngedrag van de zon beter te begrijpen, hebben wetenschappers zich tot de sterren gewend. Moderne ruimtetelescopen houden duizenden sterren in de gaten en volgen veranderingen in hun helderheid in de loop van de tijd. Superflares, die in korte tijd meer dan een biljoen joule aan energie vrijgeven, verschijnen als pieken in deze waarnemingen.
"We kunnen de zon duizenden jaren lang niet waarnemen", legt MPS-directeur en co-auteur professor Sami Solanki uit, waarin hij het basisidee achter het onderzoek uitlegt. "We kunnen echter het gedrag van duizenden sterren die sterk op onze zon lijken, gedurende korte perioden volgen. Dit helpt ons in te schatten hoe vaak superflares voorkomen", voegde hij eraan toe.
In de huidige studie analyseerde een team bestaande uit onderzoekers van de Universiteit van Graz (Oostenrijk), de Universiteit van Oulu (Finland), het National Astronomical Observatory of Japan, de University of Colorado Boulder (VS), evenals de Paris-Saclay Commission for Atomic and Alternative Energies en de Université de la Cité in Parijs gegevens over 56.450 zonachtige sterren die tussen 2009 en 2013 door NASA's Kepler-ruimtetelescoop werden waargenomen. Kepler-gegevens geven ons bewijs van stellaire activiteit gedurende 220.000 jaar”, zegt professor Alexander Shapiro van de Universiteit van Graz.
De sleutel tot dit onderzoek is een zorgvuldige selectie van te overwegen sterren. De gekozen ster zou immers een bijzonder nauwe ‘verwant’ van de zon moeten zijn. Daarom accepteren wetenschappers alleen sterren met oppervlaktetemperaturen en helderheid die vergelijkbaar zijn met die van de zon. De onderzoekers sloten ook veel bronnen van fouten uit, zoals kosmische straling, passerende asteroïden of kometen, en niet-zonachtige sterren die per ongeluk zouden kunnen ontploffen in de buurt van zonachtige sterren in de Kepler-beelden. Om dit te doen analyseerde het team zorgvuldig elk beeld van een potentiële supervlam (slechts een paar pixels groot) en telde alleen die gebeurtenissen die op betrouwbare wijze konden worden toegeschreven aan een van de gekozen sterren.
Op deze manier vonden de onderzoekers 2.889 superflares op 2.527 van de 56.450 waargenomen sterren. Dit betekent dat een zonachtige ster gemiddeld eens in de honderd jaar een supervlam produceert.
"Krachtige dynamoberekeningen van deze zonachtige sterren verklaren gemakkelijk de magnetische oorsprong van de intense energie die vrijkomt tijdens dergelijke supervlammen", zegt co-auteur Dr. Allan Sacha Brun van de Paris-Saclay Commission for Atomic and Alternative Energies en Université Paris-Cite.
verrassend vaak
“We waren zeer verrast dat zonachtige sterren zo vaak supervlammen ervaren”, zegt eerste auteur Dr. Valeriy Vasilyev van MPS. Uit eerder onderzoek door andere onderzoeksgroepen is gebleken dat superflares gemiddeld tussen duizend en zelfs tienduizend jaar voorkomen. Eerdere studies waren echter niet in staat de exacte bron van de waargenomen zonnevlammen vast te stellen en moesten hun onderzoek beperken tot sterren die op telescoopbeelden niet al te nauwe buren hadden. Het huidige onderzoek is het meest nauwkeurige en gevoelige tot nu toe.
Studies die zoeken naar bewijs van gewelddadige zonnestormen die de aarde treffen, hebben ook aangetoond dat de gemiddelde tijd tussen extreme zonne-gebeurtenissen langer is. Wanneer de stroom energetische deeltjes van de zon bijzonder hoog is, produceren ze detecteerbare radioactieve atomen zoals de radioactieve koolstofisotoop 14C. Deze atomen worden vervolgens afgezet in natuurlijke archieven zoals boomringen en gletsjerijs. Daarom kan zelfs duizenden jaren later een plotselinge instroom van hoogenergetische zonnedeeltjes worden afgeleid door de hoeveelheid 14C te meten met behulp van moderne technologie.
Op deze manier konden de onderzoekers vijf extreme zonnedeeltjesgebeurtenissen en drie kandidaat-gebeurtenissen identificeren in de afgelopen 12.000 jaar van het Holoceen, met een gemiddeld voorkomen van één per 1500 jaar. Aangenomen wordt dat de meest gewelddadige gebeurtenis in het jaar 775 heeft plaatsgevonden. Het is echter waarschijnlijk dat er in het verleden nog veel meer van dergelijke gewelddadige deeltjesgebeurtenissen en superflares hebben plaatsgevonden. "Het is nog steeds onduidelijk of gigantische uitbarstingen altijd gepaard gaan met coronale massa-uitstoot, en wat de relatie is tussen supervlammen en extreme zonnedeeltjes. Dit vereist verder onderzoek", aldus co-auteur professor Ilya Usoskin van de Universiteit van Oulu, Finland. Daarom kan het kijken naar aards bewijsmateriaal voor extreme zonne-evenementen in het verleden de frequentie van supervlammen onderschatten.
Gevaarlijk ruimteweer voorspellen
De nieuwe studie onthult niet wanneer de zon weer zal uitbarsten. De bevindingen dringen echter aan op voorzichtigheid. "De nieuwe gegevens herinneren ons er duidelijk aan dat zelfs de meest extreme zonne-evenementen deel uitmaken van de natuurlijke activiteit van de zon", zegt co-auteur Dr. Natalie Krivova, MPS. De Carrington-gebeurtenis van 1859 was een van de meest gewelddadige zonnestormen van de afgelopen 200 jaar, waarbij telegraafnetwerken in een groot deel van Noord-Europa en Noord-Amerika instortten. Er wordt geschat dat de bijbehorende fakkels slechts één procent zoveel energie vrijgeven als superfakkels. Tegenwoordig lopen naast de infrastructuur op het aardoppervlak ook satellieten gevaar.
Daarom zijn betrouwbare en tijdige voorspellingen de belangrijkste voorbereiding op zware zonnestormen. Satellieten kunnen bijvoorbeeld uit voorzorg worden uitgeschakeld. Vanaf 2031 zal ESA's ruimtesonde Vigil helpen bij de voorspellingsinspanningen. Vanuit zijn uitkijkpunt in de ruimte zal hij de zon vanaf de zijkant bekijken en processen detecteren die zouden kunnen leiden tot gevaarlijk ruimteweer op onze planeet, veel eerder dan sondes op aarde dat doen. MPS ontwikkelt momenteel polarimetrische en magnetische beeldsensoren voor deze missie.
Samengesteld uit /scitechdaily