Superflares är mycket kraftiga explosioner som observeras på stjärnor med en energi som är tiotusen gånger högre än energin hos typiska solflammor . Stjärnor av denna klass uppfyller de villkor som gäller för solceller och förväntas vara stabila under en mycket lång tid. De ursprungliga nio kandidaterna upptäcktes med olika metoder. Ingen systematisk forskning var möjlig förrän uppskjutningen av Kepler-satelliten , som under en lång period observerade ett mycket stort antal stjärnor av soltyp med mycket hög noggrannhet. Denna studie visade att en liten bråkdel av stjärnorna producerade starka flammor, 10 000 gånger kraftigare än de starkaste flammorna som är kända från solen . I många fall fanns det flera superflares på samma stjärna. Yngre stjärnor blossade oftare än äldre, men starka utblossningar har även observerats på äldre stjärnor som solen .
Alla superflare stjärnor uppvisar kvasi-periodiska luminositetsvariationer , tolkade som mycket stora stjärnfläckar som roterar på ytan av raserna. Spektroskopiska studier fann spektrallinjer som var tydliga indikatorer på kromosfärisk aktivitet associerad med starka och omfattande magnetfält. Detta tyder på att superflares endast skiljer sig i skala från solflammor .
Försök har gjorts att upptäcka tidigare solutbrott från nitratkoncentrationer i polarisen (denna metod visade sig senare inte fungera), från historiska observationer av norrsken och från de radioaktiva isotoper som kan produceras av solenergipartiklar. Även om tre händelser (774 e.Kr., 994 e.Kr. och 660 f.Kr.) associerade med extrema solutbrott har hittats av kol-14i registreringar
Solsuperflaror kommer att få drastiska konsekvenser, särskilt om de inträffar som på varandra följande händelser. Eftersom de kan förekomma i stjärnor av samma ålder, massa och sammansättning som solen kan dessa händelser inte uteslutas. Analys av data om kosmogena isotoper visar dock att det inte har förekommit några sådana utbrott på solen under de senaste tiotusen åren. Emellertid är superflares av soltyp mycket sällsynta och förekommer i stjärnor med mer magnetisk aktivitet än solen ; om solsuperflammor inträffar kan de uppstå i väldefinierade episoder som tar upp en liten bråkdel av tiden.
Superflares på stjärnor är inte samma sak som flare av en stjärna, som vanligtvis är en röd dvärg av en mycket sen spektral typ. Termen är begränsad till stora övergående händelser på stjärnor som uppfyller följande villkor [1] :
Faktum är att sådana stjärnor kan betraktas som analoger till solen. Inledningsvis upptäcktes nio superflare stjärnor, några av dem mycket lika solen .
Den ursprungliga artikeln [1] identifierade nio kandidatobjekt:
| Stjärna | Spektrum. Klass | V(mag) | Metod för bestämning | Blixtamplitud | Hållbar | Energi ( erg ) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Groombridge 1830 | G8V | 6,45 | fotograf. | ΔB = 0,62m | 18 min | E B ~10 35 |
| Kappa¹ Kita | G5V | 4,83 | spektroskop. | EW(He) = 0,13Å | ~ 40 min | E~2×10 34 |
| MT Oxen | G5V | 16.8 | fotograf. | ΔU = 0,7 m | ~ 10 min | E U ~10 35 |
| Pi¹ Ursa Major | G1.5 Vb | 5,64 | röntgen. | L X \u003d 10 29 erg / sek | >~ 35 min | E X \u003d 2 × 10 33 |
| S Ugnar | G1V | 8,64 | visuell | ∆V ~ 3m | 17 - 367 min | E V ~2×10 38 |
| BD +10°2783 | G0 V | 10,0 | röntgen. | L X \u003d 2 × 10 31 erg / s | ~ 49 min | E X >>3×10 34 |
| Omicron Eagle | F8 V | 5.11 | fotometer. | ∆V = 0,09m | ~ 5 – 15 dagar | E BV ~9×10 37 |
| 5 ormar | F8 IV-V | 5.06 | fotometer. | ∆V = 0,09m | ~ 3 – 25 dagar | E BV ~7×10 37 |
| UU North Crown | F8 V | 8,86 | fotometer. | ∆I = 0,30m | >~ 57 min | Välj ~ 7×10 35 |
Observationerna varierar för varje objekt. Vissa av dessa är röntgenmätningar , andra är visuella, fotografiska , spektroskopiska eller fotometriska . Eventenergierna sträcker sig från 2×10 33 till 2×10 38 erg .
Keplers rymdobservatorium är ett instrument utformat för att söka efter planeter med hjälp av transitmetoden. Fotometern övervakar ständigt ljusstyrkan hos 150 000 stjärnor i ett fast område på himlen (i stjärnbilderna Cygnus , Lyra och Draco ) för att upptäcka förändringar i ljusstyrka orsakade av planeter som passerar framför stjärnskivan. Mer än 90 000 gula dvärgar ( liknande solen ) på huvudsekvensen spåras av fotometern . Det observerade området motsvarar ungefär 0,25 % av hela himlen. Fotometern är känslig för våglängder på 400-865 nm och täcker hela det synliga spektrumet och en del av det infraröda området . Den fotometriska noggrannheten som uppnås av Kepler är typiskt 0,01 % (0,1 mmA) för ett 30-minuters integreringstidsintervall för stjärnor med 12:e magnituden.
Hög noggrannhet, ett stort antal observerbara stjärnor och en lång observationsperiod gör Kepler idealisk för att upptäcka superflares. Studier publicerade 2012 och 2013 involverade 83 000 stjärnor under en period av 500 dagar (de flesta av dataanalysen gjordes med fem förstaårsstudenter) [2] [3] [4] . Stjärnor valdes från Kepler- katalogen så att de har T eff ( effektiv temperatur ) mellan 5100 och 6000 K (solvärde 5750 K ) för att hitta stjärnor av liknande spektraltyp som solen , och ytgravitation log g>4,0 för att eliminera subjättar och jättar . Spektraltyper sträcker sig från F8 till G8. Dataintegrationsintervallet var 30 minuter i den ursprungliga studien. 1547 superflares upptäcktes på 279 stjärnor av soltyp . De mest intensiva händelserna ökade stjärnornas ljusstyrka med 30 % och hade en energi på 10 36 erg . Blixtar av vitt ljus på solen ändrar ljusstyrkan med cirka 0,01 %, och de starkaste blixtarna har en synlig ljusenergi på cirka 10 32 erg . (Alla dessa energier är i det optiska emissionsbandet och är därför lägre gränser, eftersom en del energi emitteras vid andra våglängder.) De flesta av händelserna var mycket mindre energiska, med flareamplituder under 0,1 % skenbar magnitud och energier under 2×10 33 erg detekterade med 30 minuters intervall. Blossarna hade en snabb tillväxt följt av ett exponentiellt sönderfall på en tidsskala av 1-3 timmar. De mest kraftfulla händelserna motsvarade energier tiotusen mer än de största flammorna som observerats på solen . Vissa stjärnor blossade mycket ofta: en stjärna superblossade 57 gånger på 500 dagar, i genomsnitt en gång var nionde dag. För flarestatistik minskade antalet flare med energin E ungefär som E −2 , vilket liknar solflare. Varaktigheten av blossen ökade med ökningen av dess energi, återigen i enlighet med solens beteende.
Vissa Kepler- data samplas med ett minutintervall, även om en minskning i noggrannhet är oundviklig [5] . Genom att använda dessa data på ett litet urval av stjärnor avslöjas flammor som är för korta för att detekteras tillförlitligt under ett 30-minutersintervall, vilket möjliggör detektering av händelser med energiutsläpp så låga som 10 32 erg , jämförbara med de ljusaste flammorna på solen . Händelsehastigheten som funktion av energi beskrivs av effektlagen E −n när den utvidgas till lägre energier, där n är cirka 1,5. Med denna tidsmässiga upplösning visar vissa superflares flera toppar med 100 till 1000 sekunders mellanrum, återigen jämförbara med solflossningspulseringar . Stjärnan KIC 9655129 visade två perioder, 78 och 32 minuter vardera, vilket indikerar magnetohydrodynamiska svängningar i flareområdet [6] . Dessa observationer visar att superflarrar endast skiljer sig i skala, inte typ, från solflammor.
Stjärnor som upplever superflares visar en kvasi-periodisk förändring i ljusstyrka, vilket tolkas som bevis på uppkomsten av stjärnfläckar som roterar på stjärnan. Detta gör det möjligt att uppskatta stjärnans rotationsperiod: värden varierar från mindre än en dag till tiotals dagar (värdet för solen är 26 dagar). På solen visar radiometrisk övervakning från satelliter att stora solfläckar kan minska ljusstyrkan med 0,2 %. I stjärnor som upplever superflares är de vanligaste fluktuationerna i ljusstyrkan 1-2%, även om de kan vara så höga som 7-8%, vilket tyder på att arean av stjärnfläckar kan vara mycket större än i solen . I vissa fall kan förändringar i ljusstyrka bara modelleras av en eller två stora stjärnfläckar, även om inte alla fall är så enkla. Stjärnfläckar kan vara grupper av mindre fläckar eller enstaka jättefläckar.
Flaskor är vanligare hos stjärnor med korta rotationsperioder. Energin hos de största blossarna är dock inte relaterad till rotationsperioden. Stjärnor med längre perioder har också mycket oftare utbrott; de har också en tendens att få mer energiska utbrott. Stora variationer kan upptäckas även i de mest långsamma roterande stjärnorna: en stjärna hade en rotationsperiod på 22,7 dagar, och variationer tyder på en fläcktäckning på 2,5 % av ytan, mer än tio gånger det maximala solvärdet. Genom att uppskatta storleken på stjärnfläckar från förändringen i amplitud och anta solvärden för magnetfält i fläckar (1000 gauss ) kan man uppskatta den tillgängliga energin: i alla fall finns det tillräckligt med energi för att driva även de största observerbara flammorna . Detta tyder på att superflares och solflare har nästan samma mekanism.
För att avgöra om superflares kan uppstå på solen är det viktigt att begränsa definitionen av solliknande stjärnor . När temperaturområdet är uppdelat i stjärnor med T eff över och under 5600 K (tidiga och sena stjärnor av G-typ), är det ungefär dubbelt så stor sannolikhet att stjärnor med lägre temperatur uppvisar superflare aktivitet som stjärnor av soltyp . När det gäller stjärnor som upplever utbrott, är deras utblossningsfrekvens (antal per stjärna och år) ungefär fem gånger högre för stjärnor av sen typ. Det är välkänt att både rotationshastigheten och den magnetiska aktiviteten hos en stjärna minskar med åldern i stjärnor av G-typ. Ljusstjärnor delas in i snabbt och långsamt roterande stjärnor, och deras utblossningsutvärdering använder en rotationsperiod som beräknas utifrån ljusstyrkavariationer: de snabbast roterande (och förmodligen de yngsta) stjärnorna visar en hög sannolikhet för aktivitet: i synnerhet stjärnor som roterar med en period på mindre än 10 dagar är sannolikheten för förekomst av aktivitet 20-30 gånger högre. Emellertid har 44 superflares upptäckts på 19 stjärnor med temperaturer som liknar solen och rotationsperioder större än 10 dagar (av 14 000 studerade stjärnor); fyra superflares med energier i intervallet 1-5×10 33 erg upptäcktes på stjärnor som roterade långsammare än solen (cirka 5000 i provet). Energifördelningen av utbrott har samma form för alla klasser av stjärnor: även om stjärnor som solen har en lägre sannolikhet för utblossning, har de samma andel mycket energiska utbrott som yngre, kallare stjärnor.
Kepler - data användes också för att söka efter flares på stjärnor senare än G. Ett prov på 23 253 stjärnor med en effektiv temperatur T eff mindre än 5150 K och ytgravitation log g>4,2 studerades, vilket motsvarar huvudsekvensstjärnor senare än K0V för att söka efter bloss inom 33,5 dagar [7] . 373 stjärnor identifierades ha uppenbara utbrott. Vissa stjärnor hade bara en blixt, medan andra hade upp till femton. De starkaste händelserna ökade stjärnans ljusstyrka med 7-8%. Detta skiljer sig inte radikalt från den maximala ljusstyrkan för blossar på stjärnor av G-typ; men eftersom K- och M-stjärnor är mindre lysande än typ G, tyder detta på att utbrotten från dessa stjärnor är mindre energiska. Om man jämför de två studerade klasserna av stjärnor, verkar M -stjärnor blossa ut oftare än K-stjärnor , men varaktigheten av varje flare tenderar att vara kortare. Det är omöjligt att dra några slutsatser om den relativa andelen av G- och K-stjärnor som visar superflares, eller om frekvensen av flares på de stjärnor som uppvisar sådan aktivitet, eftersom algoritmerna och kriterierna för att detektera flares i dessa två studier är mycket olika.
De flesta (men inte alla) orange dvärgar och röda dvärgar visar samma kvasi-periodiska ljusstyrkaförändringar som gula dvärgar . Det finns en trend mot mer energiska flammor på mer variabla stjärnor; flare frekvens är dock svagt relaterad till variabilitet.
När superflares upptäcktes på stjärnor av soltyp , föreslogs [8] att dessa utbrott kunde orsakas av samspelet mellan stjärnans magnetfält och magnetfältet på en jätteplanet som kretsar så nära stjärnan att magnetfälten skulle vara kopplade. Rotation och/eller omloppsrörelse kommer att vrida magnetfälten tills omkonfigureringen av fälten orsakar ett explosivt utsläpp av energi. Canis Hound RS-variablerna är nära binära system, med omloppsperioder som sträcker sig från 1 till 14 dagar, där en huvudsekvensstjärna av F- eller G-typ är den primära, och med stark kromosfärisk aktivitet i alla omloppsfaser. Dessa system har ljusstyrkavariationer som tillskrivs stora solfläckar på primärstjärnan; några visar stora bloss som tros vara orsakade av magnetisk omkonfiguration. En följeslagare i ett sådant system är tillräckligt nära för att snurra stjärnan med tidvatteninteraktioner.
En gasjätte skulle dock inte vara tillräckligt stor för att göra detta, vilket lämnar en stjärnas olika mätbara egenskaper (rotationshastighet, kromosfärisk aktivitet) oförändrade. Om jätten och den primära stjärnan var tillräckligt nära för att magnetfälten skulle kunna kopplas, skulle planetens omloppsbana vrida magnetfältslinjerna tills konfigurationen blev instabil, åtföljd av ett kraftigt utbrott av energi i form av en flamma. Kepler upptäckte flera gasjättar nära omloppsbana, kända som heta Jupiters . Studier av två sådana system har visat periodiska variationer i den kromosfäriska aktiviteten för primär synkronisering, synkroniserad med satellitens period.
Inte alla planettransiter kan upptäckas av Kepler , eftersom planetbanan kan vara utom synhåll från jorden . Den heta Jupiters omloppsbana är dock så nära primären att sannolikheten för transitering är cirka 10 %. Om superflares orsakades av närliggande planeter, borde de 279 flarestjärnorna som upptäckts ha cirka 28 genomresande satelliter; men ingen av dem visade bevis på sådana transiter, i själva verket uteslöt denna förklaring.
Spektroskopiska studier av superbloss gör det möjligt att bestämma deras egenskaper mer i detalj i hopp om att upptäcka orsaken till blossarna. De första studierna utfördes med hjälp av spektrografen vid Subaru- teleskopet på Hawaii [9] [10] . Cirka 50 stjärnor av soltyp , som Keplers observationer har visat uppvisa superflare-aktivitet, har studerats i detalj. Av dessa var endast 16 antingen binära stjärnor eller spektroskopiska binärer ; de uteslöts från studien, eftersom närliggande binära system ofta är aktiva, medan det i fallet med binära stjärnor finns en möjlighet till aktivitet på deras satelliter. Spektroskopi möjliggör noggrann bestämning av effektiv temperatur, yttyngdkraft och mängder av element tyngre än helium (" metallicitet "); de flesta av de 34 enkelstjärnorna visade sig vara stjärnor som ligger på huvudsekvensen av spektraltyp G och sammansättning som liknar solens. Eftersom egenskaper som temperatur och ytgravitation förändras under en stjärnas liv, gör teorin om stjärnans evolution det möjligt att uppskatta en stjärnas ålder: i de flesta fall är åldern mer än några hundra miljoner år. Detta är viktigt eftersom mycket unga stjärnor är kända för att vara mycket mer aktiva. Nio stjärnor passar den snävare soltypsdefinitionen som ges ovan, med temperaturer över 5600 K och rotationsperioder på över 10 dagar; vissa har haft mens längre än 20 eller till och med 30 dagar. Endast fem av 34 kan beskrivas som snabbt roterande stjärnor.
LAMOST- observationer har använts för att mäta den kromosfäriska aktiviteten hos 5648 solliknande stjärnor i Keplerfältet , inklusive 48 superflares [11] . Dessa observationer visar att stjärnors superflares tenderar att ha större kromosfäriska utstötningar än andra stjärnor, inklusive solen . Det finns dock superflares på stjärnor med aktivitetsnivåer under eller jämförbara med solen , vilket tyder på att solutbrott och superflares med största sannolikhet har samma ursprung. Den mycket stora ensemblen av solliknande stjärnor som ingår i denna studie ger detaljerade och tillförlitliga uppskattningar av sambandet mellan kromosfärisk aktivitet och förekomsten av superflares.
Alla stjärnor uppvisade kvasi-periodiska ljusstyrkavariationer från 0,1 % till nästan 10 %, vilket förklaras av rotationen av stora stjärnfläckar [12] . När det finns stora fläckar på en stjärna blir aktivitetsnivån i kromosfären hög; i synnerhet bildas stora kromosfäriska flockar runt solfläcksgrupper. Det är känt att intensiteten hos vissa sol- och stjärnlinjer som genereras i kromosfären , i synnerhet linjerna av joniserat kalcium (Ca II) och väte Hα-linjen , är indikatorer på magnetisk aktivitet. Observationer av Ca-linjerna i stjärnor nära solen visar till och med cykliska förändringar som påminner om den 11-åriga solcykeln . Genom att observera vissa Ca II-infraröda linjer för 34 stjärnsuperflares, var det möjligt att uppskatta deras kromosfäriska aktivitet. Mätningar av samma linjer vid punkter inom ett aktivt område på solen , tillsammans med samtidiga mätningar av det lokala magnetfältet, visar att det finns ett generellt samband mellan fält och aktivitet.
Även om stjärnor visar ett tydligt samband mellan rotationshastighet och aktivitet, utesluter detta inte aktivitet på långsamt roterande stjärnor: även långsamt rörliga stjärnor som solen kan ha hög aktivitet. Alla observerade stjärnsuperflares var mer aktiva än solen , vilket antydde stora magnetfält. Det finns också en korrelation mellan aktiviteten hos en stjärna och dess förändringar i ljusstyrka (och därför täckningen av stjärnfläckar ): alla stjärnor med stora förändringar i amplitud visade hög aktivitet.
Att känna till den ungefärliga yta som täcks av stjärnfläckar från storleken på variationerna och fältstyrkan beräknad från kromosfärisk aktivitet, gör det möjligt att uppskatta den totala energi som lagras i magnetfältet; i alla fall fanns det tillräckligt med energi i fältet för att stå för även de största superflaskorna. Både fotometriska och spektroskopiska observationer stämmer överens med teorin att superflares endast skiljer sig i skala från solflammor och kan förklaras av frigörandet av magnetisk energi i aktiva områden som är mycket större än solens . Dessa regioner kan dock förekomma på stjärnor med massor, temperaturer, sammansättningar, rotationshastigheter och åldrar som liknar solen.
Eftersom stjärnor som uppenbarligen är identiska med solen kan uppleva superflares, är det naturligt att fråga om solen själv kunde ha producerat dem och försöka hitta bevis för att så var fallet tidigare. Stora bloss åtföljs undantagslöst av energiska partiklar, och dessa partiklar ger effekter om de når jorden . Carrington- händelsen 1859 , den största blossen vi observerade, producerade globala norrsken som sträckte sig till ekvatorn [13] . Energirika partiklar kan orsaka kemiska förändringar i atmosfären, som permanent kan registreras i polarisen. Snabba protoner genererar distinkta isotoper , särskilt kol-14 , som kan absorberas och lagras av levande varelser.
När solenergipartiklar når jordens atmosfär orsakar de jonisering, vilket skapar kväveoxid (NO) och andra reaktiva former av kväve, som sedan avsätts i form av nitrater . Eftersom alla energiska partiklar avböjs i större eller mindre utsträckning av jordens magnetfält , deponeras de övervägande på polära breddgrader; eftersom höga breddgrader också innehåller permanent is är det naturligt att leta efter nitratbevis på händelser i iskärnor . Studien av Grönlands iskärnor , som sträcker sig tillbaka till 1561 , gjorde det möjligt att få en upplösning på 10-20 prover per år, vilket gjorde det i princip möjligt att upptäcka enskilda händelser [14] . Exakta datum (inom ett eller två år) kan nås genom att räkna de årliga lagren i kärnor , verifierade genom att identifiera avlagringar associerade med kända vulkanutbrott . Kärnan innehöll en årlig förändring i nitratkoncentration , åtföljd av en serie "toppar" med olika amplituder. Den starkaste som någonsin registrerats har daterats några veckor efter Carrington-händelsen 1859 . Andra händelser kan dock leda till nitratutsläpp , inklusive förbränning av biomassa, vilket också leder till högre ammoniumkoncentrationer . En studie av fjorton iskärnor från Antarktis och Arktis visade stora nitratutsläpp , men ingen av dem daterades till 1859 (den närmaste var 1863 ). Alla sådana sprängningar var förknippade med ammonium och andra förbränningskemi . Det finns inga bevis för att nitratkoncentrationer kan användas som indikatorer på historisk solaktivitet.
När energiska protoner kommer in i atmosfären skapar de isotoper genom reaktioner med grundläggande beståndsdelar; den viktigaste av dessa är kol-14 ( 14 C), som skapas när sekundära neutroner reagerar med kväve . 14 C, som har en halveringstid på 5730 år, varefter den reagerar med syre och bildar koldioxid , som tas upp av växter. Datering av trä med 14 C-halt är grunden för radiokoldatering . Om virke av känd ålder finns tillgängligt kan processen mätas noggrant. Att mäta 14 C-halten och använda halveringstiden gör det möjligt att uppskatta åldern när träet bildades. Trädtillväxtringar visar mönster orsakade av olika miljöfaktorer: dendrokronologi använder trädtillväxtringar jämfört med överlappande sekvenser för att fastställa exakta datum. Tillämpning av denna metod visar att atmosfärisk 14 C förändras med tiden på grund av solaktivitet. Detta är grunden för koldateringskalibreringskurvan . Uppenbarligen kan den också användas för att upptäcka eventuella toppar i solflossfenomen, så länge dessa flare skapar tillräckligt med energipartiklar för att orsaka en mätbar ökning av 14 C.
En undersökning av kalibreringskurvan, som har en tidsupplösning på fem år, har visat tre intervall under de senaste 3000 åren där 14 C har ökat markant [15] . Baserat på detta undersöktes två japanska cedrar med en upplösning på ett år och visade en ökning med 1,2 % år 774 e.Kr. t.ex., vilket är ungefär tjugo gånger mer än förväntat från den normala solvubblingen. Denna topp minskade stadigt under de närmaste åren. Resultatet bekräftades av studier av tysk ek , kalifornisk tall , sibirisk lärk och nyzeeländsk kauriträ [ 16 ] [17] . Alla definitioner är konsekventa både i tid och amplitud av effekten. Dessutom visade mätningar av korallskelett i Sydkinesiska havet betydande förändringar i 14 C under flera månader ungefär samtidigt; dock kan datumet bara sättas till inom ±14 år omkring 783 AD [18] .
Kol-14 är inte den enda isotopen som kan produceras av energirika partiklar. Beryllium-10 ( 10 Be) bildas också av kväve och syre och avsätts i polarisen. 10 Be -deposition kan dock vara starkt relaterad till lokalt väder och uppvisar extrem geografisk variation; det är också svårare att fastställa datum [19] . Emellertid upptäcktes en ökning av 10 Be under 770-talet i en iskärna från Antarktis , även om signalen var mindre ljus på grund av lägre tidsupplösning (flera år); en annan mindre ökning har setts på Grönland [16] [20] . När man jämförde data från två platser i norra Grönland och en i Västantarktis, som alla förvärvades med en upplösning på ett år, visade de alla en stark signal: tidsprofilen matchade också 14 C-resultaten väl (inom dateringsosäkerheten för de 10 Be-uppgifterna) [21] . Klor-36 ( 36 Cl) kan erhållas från argon och deponeras i polär is; eftersom argon är en mindre komponent i atmosfären är dess innehåll lågt. Samma iskärnor som visade 10 Be visade också en ökning av 36 Cl, även om en detaljerad matchning inte var möjlig med en upplösning på fem år.
Den andra AD 993/4-händelsen gav också 14 C-detektering i trädringar, men med en lägre intensitet [20] . Denna händelse ledde också till en märkbar ökning av innehållet av 10 Be och 36 Cl i iskärnor på Grönland . Den tredje kända händelsen var 660 f.Kr. [22] , och det finns flera svagare kandidater.
Om dessa händelser antas härröra från snabba partiklar under stora flare är det inte lätt att uppskatta partikelenergin i en flare eller jämföra den med kända händelser. Carrington- händelsen visas inte i 14 C-posten, inte heller några andra stora partikelhändelser som har observerats direkt. Partikelflödet måste uppskattas genom att beräkna hastigheten för produktion av radioaktivt kol och sedan modellera beteendet hos CO 2 när det väl har kommit in i kolets kretslopp ; andelen radiokol som skapas som tas upp av träd beror till viss del på denna cykel. Som en ytterligare komplikation produceras kosmogena isotoper övervägande av energiska protoner (flera hundra MeV ). Energispektrumet för solflammapartiklar varierar avsevärt mellan händelser; en med ett "hårt" spektrum, med fler högenergiprotoner , skulle vara mer effektiva för att öka 14 C. Den kraftigaste blossen, som också hade ett hårt spektrum, vilket observerades instrumentellt, ägde rum i februari 1956 (starten av kärnvapenprovning döljer alla möjliga effekter i register 14 C); det har beräknats att om en enda flare var ansvarig för AD 774/5-händelsen skulle den vara 25-50 gånger kraftigare än denna [23] . En solfläcksgrupp kan producera flera utbrott under sin existens, och effekterna av en sådan sekvens kommer att aggregeras under ett år täckt av en 14 C-mätning; den totala effekten skulle dock fortfarande vara tio gånger större än något som setts under en liknande period i modern tid.
Solutbrott är inte det enda sättet att få kosmogena isotoper . En lång eller kort gammastrålning har föreslagits för att matcha alla detaljer i AD 774/5-händelsen om den var tillräckligt nära [24] [25] . Men denna förklaring är för närvarande känd för att vara mycket osannolik, och extrema solprotonhändelser är den enda rimliga förklaringen till de observerade utbrotten i kosmogen isotopproduktion.
Ett antal försök har gjorts för att hitta ytterligare bevis som stöder tolkningen av AD 774/5 isotoptoppen som en superflare genom att undersöka historiska data. Carrington-händelsen resulterade i norrsken så långt söderut som Karibien och Hawaii , vilket motsvarar en geomagnetisk latitud på cirka 22° [26] , om AD 774/5-händelsen motsvarar en ännu mer energisk flamma, då borde norrskenet ha förvärvat en global karaktär.
Usoskin et al [16] citerade hänvisningar till norrsken i kinesiska krönikor för 770 (två gånger), 773 och 775 . De citerar också ett "rött kors" på himlen 773/4/6 CE. e. från den anglosaxiska krönikan [27] ; "inflammerade sköldar" eller "sköldar som brinner röda" som ses i himlen över Tyskland år 776 e.Kr. , antecknat i Frankerrikets annaler ; "eld i himlen" i Irland 772 e.Kr. e. .; och ett fenomen i Tyskland år 773 e.Kr. , tolkat som ryttare på vita hästar. Ökad solaktivitet i området 14 C ökning bekräftas av rapporter om norrsken i Kina , daterad 776 AD. e. 12 januari, enligt detaljer från Stevenson et al. [28] . Kinesiska rekord beskriver mer än tio band av vita ljus "som spritt silke" som sträcker sig över de åtta kinesiska konstellationerna; glöden varade i flera timmar. Iakttagelserna, som gjordes under Tangdynastin , gjordes i huvudstaden Xi'an .
Det finns dock ett antal svårigheter förknippade med att försöka koppla ökningen av 14 C-koncentrationerna till historiska uppgifter. Trädringdatum kan vara felaktiga eftersom det inte finns någon märkbar ring (ovanligt kallt väder) eller två ringar (andra tillväxten under varm höst) under året. Om kallt väder var globalt efter ett stort vulkanutbrott, är det möjligt att effekterna också kan vara globala: det skenbara datumet för 14C-koncentrationen kanske inte alltid matchar krönikorna.
För isotoptoppen under AD 993/994-konjunktionen, studerad av Hayakawa et al [29] . Aktuellt undersökta historiska dokument visar ett kluster av norrskensobservationer i slutet av 992 , medan deras förhållande till isotoptoppen fortfarande är under debatt.
Superflares verkar vara förknippade med en allmän hög nivå av magnetisk aktivitet. Förutom att leta efter enskilda händelser kan isotopposter undersökas för att hitta aktivitetsnivåer i det förflutna och identifiera perioder då den kan ha varit mycket högre än den är nu. Månstenar ger ett rekord opåverkat av geomagnetisk avskärmning och transportprocesser. Både kosmiska strålar och solpartikelhändelser kan skapa isotoper i bergarter och påverkas av solaktivitet. Kosmiska strålar är mycket mer energiska och penetrerar djupare, och kan särskiljas från solpartiklar som påverkar de yttre lagren. Flera olika radioisotoper kan produceras med mycket olika halveringstider; koncentrationen av var och en av dem kan anses representera medelvärdet av flödet av partiklar över dess halveringstid. Eftersom flödena måste omvandlas till isotopkoncentrationer genom simulering finns det ett visst beroende av modellen. Dessa data överensstämmer med åsikten att flödet av energiska solpartiklar med energier över flera tiotals MeV inte förändrades under perioder från fem tusen till fem miljoner år. Naturligtvis kommer en period av intensiv aktivitet under en kort tidsperiod i förhållande till halveringstiden inte att upptäckas.
14C - mätningar , även med låg tidsupplösning, kan indikera tillståndet för solaktiviteten under de senaste 11 000 åren före 1900 . Även om radiokoldatering har tillämpats på händelser så gamla som 50 000 år, under deglaciationerna av den tidiga holocenen , förändrades biosfären och dess kolupptag dramatiskt, vilket gjorde uppskattning hittills opraktisk; efter ca 1900 Suess effekt, gör tolkningen svår. 10 Be- koncentrationer i flerskiktiga polära iskärnor ger ett oberoende mått på aktivitet. Båda åtgärderna är i rimlig överensstämmelse med varandra och med antalet solfläckar ( Wolff number ) under de senaste två århundradena. Som en ytterligare kontroll kan isotoper av titan-44 ( 44Ti ) extraheras från meteoriter ; detta ger ett mått på aktivitet som inte påverkas av förändringar i trafiken eller det geomagnetiska fältet. Även om den är begränsad till ungefär de senaste två århundradena, överensstämmer den med alla utom en av rekonstruktionerna från 14 C och 10 Be och bekräftar deras giltighet. De energiskurar som beskrivs ovan är sällsynta; på stora tidsskalor (betydligt mer än ett år) dominerar kosmiska strålar i flödet av radiogena partiklar . Det inre solsystemet skyddas av solens allmänna magnetfält , som är starkt beroende av tiden i cykeln och styrkan på cykeln. Resultatet är att tider av intensiv aktivitet uppträder som en minskning av koncentrationen av alla dessa isotoper . Eftersom kosmiska strålar också påverkas av det geomagnetiska fältet begränsar svårigheterna med att rekonstruera detta fält rekonstruktionernas noggrannhet.
En rekonstruktion av 14 C-aktivitet under de senaste 11 000 åren visar inte en period som är väsentligt längre än den nuvarande; i själva verket var den totala aktivitetsnivån under andra hälften av 1900-talet den högsta sedan 9000 f.Kr. e. I synnerhet var aktiviteten kring 14 C-händelsen AD 774 (genomsnittligt över decennier) något under det långsiktiga genomsnittet, medan händelse AD 993 sammanföll med en liten låg. En mer detaljerad studie av perioden från 731 till 825 , som kombinerar flera uppsättningar av 14 C-data med ett- och tvåårsupplösningar med halva norrsken och antal solfläckar , visar en total ökning av solaktiviteten (från en låg nivå) efter cirka 733 , nå sin högsta höjd efter 757 och förbli hög på 760- och 770-talen ; Det fanns flera norrsken under denna tid och till och med ett norrsken på låg latitud i Kina .
Effekten av denna typ av superflare, som verkar finnas på nio moderkandidatstjärnor, skulle vara katastrofal för jorden och lämna spår i solsystemet ; en händelse på S-ugnen , till exempel, resulterade i en ökning av stjärnornas ljusstyrka med cirka tjugo gånger. Thomas Gold har föreslagit att fotspår på den övre ytan av vissa månstenar kan orsakas av ett solutbrott , vilket innebär en ökning av ljusstyrkan på mer än hundra gånger inom 10-100 sekunder någon gång under de senaste 30 000 åren [30] . Förutom terrestra effekter skulle detta orsaka lokal issmältning, följt av underkylning så långt som till Jupiters månar . Det finns inga bevis för att superflarar av denna storlek har inträffat i solsystemet [8] .
Även för mycket mindre superflares, i den nedre delen av Kepler- serien , kommer konsekvenserna att bli allvarliga. År 1859 orsakade en händelse i Carrington störningar i telegrafsystemet i Europa och Nordamerika . Möjliga effekter idag inkluderar:
Uppenbarligen återkommer superflares ofta och inträffar inte som separata händelser. NO och andra udda kväveämnen som produceras av flamspartiklar katalyserar ozonnedbrytning utan att absorberas av sig själva och har en lång livslängd i stratosfären . Utbrott med en frekvens av en gång per år eller ännu mindre kommer att ha en kumulativ effekt; Förstörelsen av ozonskiktet kan vara permanent och åtminstone leda till dess utarmning.
Superflares har också föreslagits som en lösning på den svaga unga solparadoxen [31] .
Eftersom superflares kan härröra från stjärnor som på alla sätt verkar vara likvärdiga med solen, är det naturligt att fråga sig, kan de härröra från solen själv ? En uppskattning, baserad på Keplers ursprungliga fotometriska studier , antog frekvensen av stjärnor av soltyp (tidig typ G och rotationsperiod större än 10 dagar) en gång vart 800:e år för en energi på 10 34 erg och vart 5000 år för 10 35 erg [ 3] . En minuts prov gav statistik för mindre energiska utbrott och gav en frekvens på ett energiutbrott på 1033 erg vart 5-600:e år för en stjärna som roterar lika långsamt som solen ; detta skulle klassas som X100 på skalan för solutbrott [5] . Detta är baserat på en direkt jämförelse av antalet studerade stjärnor med antalet observerade flare. Extrapolering av empirisk statistik för solutbrott till energier på 10 35 erg antyder en frekvens på en gång vart 10 000:e år.
Detta motsvarar dock inte de kända egenskaperna hos stjärnsuperflammor. Sådana stjärnor är extremt sällsynta i Keplerdata ; en studie visade endast 279 sådana stjärnor av 31 457 studerade (en bråkdel under 1%); för äldre stjärnor, upp till 0,25 % [3] . Dessutom visade ungefär hälften av de aktiva stjärnorna upprepade utbrott: en stjärna hade så många som 57 händelser på 500 dagar. Med fokus på stjärnor av soltyp är den mest aktiva genomsnittliga blossen var 100:e dag; Frekvensen av förekomst av superflares i de mest aktiva stjärnorna som solen är 1000 gånger större än genomsnittet för sådana stjärnor. Detta tyder på att detta beteende inte inträffar under en stjärnas liv, utan är begränsat till episoder av extraordinär aktivitet. Detta bekräftas också av ett tydligt samband mellan stjärnans magnetiska aktivitet och dess superflare aktivitet; i synnerhet är stjärnornas superflares mycket mer aktiva (beroende på området för stjärnfläcken) än solen.
Det finns inga bevis för att blossen har varit större än Carrington-händelsen under de senaste 200 åren (cirka 1032 ergs , eller 1/10 000 av de största superflarsen). Även om de större händelserna från 14 C-rekordet ca. AD 775 är unikt identifierad som en solhändelse, dess förhållande till flareenergin är oklart och kommer sannolikt inte att överstiga 1032 erg .
Mer energiska superflares tycks uteslutas på grund av energiöverväganden för vår sol , vilket tyder på att den inte är kapabel att leverera blossar större än 10 34 erg [32] . Beräkning av fri energi i magnetfält i aktiva områden, som kan frigöras som flammor, ger en nedre övre gräns på cirka 3×10 32 erg , vilket antyder att den mest energirika superflaren kan vara tre gånger större än i fallet med en Carrington händelse [33] .
Vissa stjärnor har 5 gånger solens magnetfält och roterar mycket snabbare, och teoretiskt kan de producera en flamma på upp till 10 34 ergs . Detta kan förklara några av superblossarna i den nedre delen av intervallet. Att gå högre än detta kan kräva en antisolenergirotationskurva - en där polarområdena roterar snabbare än ekvatorialområdena [33] [34] .