Physik hinter dem ungewöhnlichen Verhalten von Superflares von Sternen entdeckt

Unsere Sonne erzeugt aktiv Sonneneruptionen, die sich auf die Erde auswirken können, wobei die stärksten Eruptionen Stromausfälle verursachen und die Kommunikation stören können – möglicherweise auf globaler Ebene. Obwohl Sonneneruptionen stark sein können, sind sie im Vergleich zu den Tausenden von „Supereruptionen“, die von den Kepler- und TESS-Missionen der NASA beobachtet wurden, unbedeutend. „Super Flares“ werden von Sternen erzeugt, die 100–10.000 Mal heller sind als die Sterne auf der Sonne.

Es wird angenommen, dass die Physik zwischen Sonneneruptionen und Supereruptionen dieselbe ist: eine plötzliche Freisetzung magnetischer Energie. Superflaring-Sterne haben stärkere Magnetfelder und daher hellere Flares, aber einige zeigen ein ungewöhnliches Verhalten – eine anfängliche, kurzlebige Helligkeitssteigerung, gefolgt von einem sekundären, länger anhaltenden, aber weniger intensiven Flare.

Ein Team unter der Leitung des Postdoktoranden Kai Yang vom Institute for Astronomy der University of Hawaii und des außerordentlichen Professors Xudong Sun entwickelte ein Modell zur Erklärung dieses Phänomens veröffentlicht heute in Das Astrophysikalische Journal.

„Indem wir das, was wir über die Sonne gelernt haben, auf andere, kühlere Sterne anwendeten, konnten wir die Physik identifizieren, die diese Fackeln antreibt, auch wenn wir sie nie direkt sehen konnten“, sagte Yang. „Die sich im Laufe der Zeit ändernde Helligkeit dieser Sterne hat uns tatsächlich geholfen, diese Fackeln zu ‚sehen‘, die eigentlich viel zu klein sind, um direkt beobachtet zu werden.“

Leichte Kurven

Es wurde angenommen, dass das sichtbare Licht in diesen Fackeln nur aus den unteren Schichten der Sternatmosphäre stammt. Durch magnetische Wiederverbindung angeregte Teilchen regnen von der heißen, dünnen Korona (äußere Schicht eines Sterns) herab und erhitzen diese Schichten.

Jüngste Arbeiten haben die Hypothese aufgestellt, dass die Emission von koronalen Schleifen – heißes Plasma, das vom Magnetfeld der Sonne eingefangen wird – auch bei Superflaring-Sternen nachweisbar sein könnte, aber die Dichte in diesen Schleifen müsste extrem hoch sein. Leider hatten Astronomen keine Möglichkeit, dies zu testen, da es keine Möglichkeit gibt, diese Schleifen auf Sternen außer unserer eigenen Sonne zu sehen.

Andere Astronomen entdeckten anhand von Daten von Kepler- und TESS-Teleskopen Sterne mit einer eigenartigen Lichtkurve – ähnlich einem „Peak-Bump“ am Himmel, einem Helligkeitssprung. Es stellt sich heraus, dass diese Lichtkurve Ähnlichkeit mit einem Sonnenphänomen aufweist, bei dem auf den ersten Ausbruch ein zweiter, allmählicherer Höhepunkt folgt.

„Diese Lichtkurven erinnerten uns an ein Phänomen, das wir auf der Sonne gesehen haben, sogenannte solare Spätphaseneruptionen“, sagte Sun.

Erzeugt eine ähnliche Spätphasenhelligkeit

Die Forscher fragten: „Könnte derselbe Prozess – energiegeladene, große Sternschleifen – ähnliche Helligkeitssteigerungen in der Spätphase im sichtbaren Licht hervorrufen?“

Yang ging diese Frage an, indem er Flüssigkeitssimulationen anpasste, die häufig zur Simulation von Sonneneruptionsschleifen verwendet wurden, und die Schleifenlänge und magnetische Energie vergrößerte. Er fand heraus, dass der große Energieeintrag der Fackel eine beträchtliche Masse in die Schleifen pumpt – was genau wie vorhergesagt zu einer dichten, hellen Emission sichtbaren Lichts führt.

Diese Studien ergaben, dass wir ein solches „stoßförmiges“ aufflackerndes Licht nur dann sehen, wenn das superheiße Gas im höchsten Teil des Kreislaufs abkühlt. Aufgrund der Schwerkraft fällt dieses leuchtende Material dann herunter und erzeugt den sogenannten „koronalen Regen“, den wir oft auf der Sonne sehen. Dies gibt dem Team die Gewissheit, dass das Modell realistisch sein muss.