Het lijdt geen twijfel dat de zon een temperamentvolle ster is, zoals de ongewoon sterke zonnestormen van dit jaar laten zien. Sommige leidden tot opmerkelijke aurora's, zelfs op lage breedtegraden. Maar kan onze ster nog woedender worden? Bewijs voor de hevigste zonne-“driftbuien” is te vinden in prehistorische boomstammen en in monsters van duizenden jaren oud gletsjerijs. Op basis van deze indirecte bronnen kan de frequentie van supervlammen echter niet worden vastgesteld. En directe metingen van de hoeveelheid straling van de zon die de aarde bereikt, zijn pas sinds het begin van het ruimtetijdperk beschikbaar. Een andere manier om meer te weten te komen over het gedrag van onze zon op de lange termijn is door naar de sterren te gaan, zoals de insteek is van een nieuw onderzoek.
Moderne ruimtetelescopen observeren duizenden en duizenden sterren en registreren hun helderheidsschommelingen in zichtbaar licht. Superflares, waarbij in korte tijd hoeveelheden energie van meer dan een octiljoen joule vrijkomen (een octiljoen is een getal met 48 nullen), verschijnen in de observatiegegevens als korte, uitgesproken pieken in helderheid. “We kunnen de zon niet duizenden jaren lang observeren”, legt Prof. Dr. Sami Solanki, directeur van het MPS (Max Planck Society) en co-auteur, het basisidee achter het onderzoek uit. “In plaats daarvan kunnen we het gedrag van duizenden sterren die erg op de zon lijken gedurende korte perioden volgen. Dit helpt ons om in te schatten hoe vaak superflares voorkomen,” voegt hij eraan toe.
Op zoek naar nauwe verwanten van de zon
In de huidige studie analyseerde het team, bestaande uit onderzoekers van de Universiteit van Graz (Oostenrijk), de Universiteit van Oulu (Finland), het Nationaal Astronomisch Observatorium van Japan, de Universiteit van Colorado Boulder (VS) en het Commissariat of Atomic and Alternative Energies van Paris-Saclay en de Universiteit van Parijs-Cité, de gegevens van 56.450 zonachtige sterren zoals die tussen 2009 en 2013 zijn waargenomen door NASA's ruimtetelescoop Kepler. “In hun geheel bieden de Kepler-gegevens ons bewijs van 220.000 jaar stellaire activiteit,” zei Prof. Dr. Alexander Shapiro van de Universiteit van Graz. Cruciaal voor het onderzoek was de zorgvuldige selectie van de sterren waarmee rekening moest worden gehouden. De gekozen sterren moesten immers bijzonder nauwe “verwanten” van de zon zijn.
De wetenschappers lieten daarom alleen sterren toe waarvan de oppervlaktetemperatuur en helderheid vergelijkbaar waren met die van de zon. De onderzoekers sloten ook talloze foutbronnen uit, zoals kosmische straling, passerende asteroïden of kometen, maar ook niet-zonachtige sterren die in Kepler-beelden toevallig kunnen opflakkeren in de buurt van een zonachtige ster. Om dit te kunnen doen, analyseerde het team zorgvuldig de beelden van elke potentiële superflare (slechts enkele pixels groot) en telde alleen die gebeurtenissen die op betrouwbare wijze konden worden toegewezen aan een van de geselecteerde sterren. Op deze manier identificeerden de onderzoekers 2.889 superflares bij 2.527 van de 56.450 waargenomen sterren. Dit betekent dat een zonachtige ster gemiddeld ongeveer één keer per eeuw een superflare produceert. “Krachtige dynamo-berekeningen van deze zonachtige sterren verklaren gemakkelijk de magnetische oorsprong van het intense vrijkomen van energie tijdens zulke supervlammen,” aldus co-auteur Dr. Allan Sacha Brun van het Commissariat of Atomic and Alternative Energies van Paris-Saclay en de Universiteit van Parijs-Cité.
Verrassend vaak
“We waren erg verrast dat zon-achtige sterren zo vaak supervlammen vertonen,” zei eerste auteur Dr. Valeriy Vasilyev van het MPS. Eerdere onderzoeken door andere onderzoeksgroepen hadden gemiddelde intervallen van duizend of zelfs tienduizend jaar gevonden. Eerdere studies waren echter niet in staat om de exacte bron van de waargenomen vlam te bepalen en moesten zich daarom beperken tot sterren die geen al te nabije buren op de telescoopbeelden hadden. De huidige studie is de meest nauwkeurige en gevoelige tot nu toe. Langere gemiddelde tijdsintervallen tussen extreme zonnegebeurtenissen zijn ook gesuggereerd door studies die op zoek zijn naar bewijzen voor de impact van hevige zonnestormen op de aarde. Wanneer een bijzonder hoge stroom energetische deeltjes van de zon de atmosfeer van de aarde bereikt, produceren ze een detecteerbare hoeveelheid radioactieve atomen zoals de radioactieve koolstofisotoop 14C. Deze atomen worden vervolgens afgezet in natuurlijke archieven zoals boomringen en gletsjerijs. Zelfs duizenden jaren later kan de plotselinge instroom van hoogenergetische zonnedeeltjes dus worden afgeleid door de hoeveelheid 14C te meten met moderne technologieën.
Op deze manier konden de onderzoekers vijf extreme gebeurtenissen met zonnedeeltjes en drie kandidaten identificeren binnen de afgelopen twaalfduizend jaar van het Holoceen, wat leidt tot een gemiddelde gebeurtenis frequentie van eens per 1500 jaar. De meest gewelddadige gebeurtenis zou hebben plaatsgevonden in het jaar 775 na Christus. Het is echter goed mogelijk dat er in het verleden meer van dit soort heftige deeltjesgebeurtenissen en ook meer superflares op de zon hebben plaatsgevonden. “Het is onduidelijk of gigantische zonnevlammen altijd gepaard gaan met coronale massa-ejecties (CME) en wat de relatie is tussen supervlammen en extreme gebeurtenissen met zonnedeeltjes. Dit moet verder worden onderzocht,” zei medeauteur prof. dr. Ilya Usoskin van de Universiteit van Oulu in Finland. Door te kijken naar het aardse bewijs van extreme zonnegebeurtenissen in het verleden zou de frequentie van superflares dus onderschat kunnen worden.
Gevaarlijk ruimteweer voorspellen
Het nieuwe onderzoek onthult niet wanneer de zon haar volgende aanval zal geven. De resultaten manen echter tot voorzichtigheid. “De nieuwe gegevens herinneren ons eraan dat zelfs de meest extreme zonnegebeurtenissen deel uitmaken van het natuurlijke repertoire van de zon,” aldus co-auteur Dr. Natalie Krivova van het MPS. Tijdens de Carrington-gebeurtenis in 1859, een van de hevigste zonnestormen van de afgelopen 200 jaar, stortte het telegraafnetwerk in grote delen van Noord-Europa en Noord-Amerika in. Volgens schattingen kwam bij de bijbehorende zonnevlam slechts een honderdste van de energie van een superflare vrij. Vandaag zullen, naast de infrastructuur op het aardoppervlak, vooral satellieten gevaar lopen. De belangrijkste voorbereiding op sterke zonnestormen is daarom betrouwbare en tijdige voorspelling. Als voorzorgsmaatregel kunnen satellieten bijvoorbeeld worden uitgeschakeld. Vanaf 2031 zal ESA's ruimtesonde Vigil helpen bij de voorspelling. Vanaf zijn observatiepositie in de ruimte zal hij de zon van opzij bekijken en eerder dan aardgebonden sondes opmerken wanneer zich op onze ster processen voordoen die gevaarlijk ruimteweer kunnen veroorzaken. Het MPS ontwikkelt momenteel de Polarimetric and Magnetic Imager voor deze missie.
Bron: Phys.org
