Även om deras primära syfte är att leta efter exoplaneter, har observatorier som Kepler Space Telescope och Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) tillhandahållit en stor mängd data om stjärnflammor, detekterade med högprecisionsfotometri av bredbandsfilter i spektrumet av synligt ljus .
Stjärnorna är så långt borta att de bara uppträder som ljuspunkter för dessa teleskop, och fenomenen som tolkas som stjärnflammor är abrupta ökningar av ljusstyrkan för dessa punkter.
Det finns också en brist på data i andra delar av det elektromagnetiska spektrumet, och de flesta studier av dessa händelser fokuserar på bestrålad energi. Observationer har upptäckt "superflares", enorma magnetiska utbrott i atmosfären av stjärnor med energier som är 100 till 10 000 gånger större än de mest energiska solutbrotten. Frågan är om någon av de tillgängliga modellerna kan förklara så höga energinivåer.
Två modeller finns tillgängliga. Den mer populära behandlar strålningen från en superflare som svartkroppsutsläpp vid en temperatur på 10 000 Kelvin. Den andra associerar fenomenet med en process av jonisering och rekombination av väteatomer.
En studie utförd av forskare knutna till Mackenzie Center for Radio Astronomy and Astrophysics (CRAAM) vid Mackenzie Presbyterian University (UPM) i Brasilien och University of Glasgows School of Physics and Astronomy i Storbritannien analyserade de två modellerna.
Studien publiceras i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
"Med tanke på de kända processerna för energiöverföring i flare, hävdar vi att väterekombinationsmodellen är fysiskt mer rimlig än svartkroppsmodellen för att förklara ursprunget till den bredbandiga optiska emissionen från flare", säger Paulo Simões, första författare till artikeln och en professor vid UPM.
Forskarna analyserade 37 superflares på det binära stjärnsystemet Kepler-411 och fem superflares på stjärnan Kepler-396, med hjälp av de två modellerna. "Vi drog slutsatsen att uppskattningar för total flareenergi baserad på väterekombinationsmodellen är ungefär en storleksordning lägre än de värden som erhålls med svartkroppsstrålningsmodellen, och passar bättre till de kända flareprocesserna," sa Simões.
Dessa processer beskrivs i termer av solflammor. Trots många skillnader fortsätter solfjädrar att informera modellerna på vilka stjärnflocken tolkas. En enorm mängd information har samlats på solflossar, först dokumenterad i den astronomiska litteraturen av två engelska astronomer, Richard Carington och Richard Hodgson, som oberoende observerade samma solfloss den 1 september 1859.
"Sedan dess har solflammor observerats med intensiv ljusstyrka som varar i sekunder till timmar och vid olika våglängder, från radiovågor och synligt ljus till ultraviolett och röntgenstrålar. Solflossar är bland de mest energiska fenomenen i vårt solsystem och kan påverka satelliter. drift, radiokommunikation, elnät och navigations- och GPS-system, för att bara ta några få exempel, säger Alexandre Araújo, Ph.D. kandidat vid CRAAM, lärare och medförfattare till artikeln.
Solutbrott inträffar i aktiva områden som är förknippade med intensiva magnetfält, där rikliga mängder energi abrupt frigörs i koronan (solens yttersta skikt) genom återkoppling av magnetfältet, uppvärmning av plasman och accelererande elektroner och joner, bland andra partiklar.
"Eftersom de har mindre massa kan elektroner accelereras till en stor bråkdel av ljusets hastighet, vanligtvis cirka 30 % men ibland mer. De accelererade partiklarna färdas längs magnetfältslinjerna, och vissa slungas ut i det interplanetära rymden medan andra går in motsatt riktning in i kromosfären, lagret under koronan, där de kolliderar med högdensitetsplasman och deras energi överförs till mediet.
"Överskottsenergin värmer upp det lokala plasmat, vilket orsakar jonisering och excitation av atomerna och producerar följaktligen strålning, som vi kan upptäcka med teleskop på jordens yta och i rymden", förklarade Simões.
Sedan 1960-talet har många observationsstudier och teoretiska studier försökt förklara den exceptionellt stora mängden synligt ljus som sänds ut av solflammor, men en definitiv lösning har hittills inte hittats. De mest populära förklaringarna som produceras av dessa studier är svartkroppsstrålning från uppvärmning av fotosfären, skiktet under kromosfären och väterekombinationsstrålning i kromosfären. Denna rekombination sker när protoner och elektroner separerade genom jonisering återförenas för att bilda väteatomer.
"Begränsningen av det första fallet kan sammanfattas som en fråga om energitransport:ingen av de energitransportmekanismer som normalt accepteras för solflammor har kapacitet att leverera den energi som krävs i fotosfären för att orsaka tillräcklig plasmauppvärmning för att förklara observationerna, " sa Simões.
Araújo höll med och sa:"Beräkningar som först gjordes på 1970-talet och senare bekräftades av datorsimuleringar visar att de flesta elektroner som accelereras i solflammor misslyckas med att korsa kromosfären och komma in i fotosfären. Den svarta kroppsmodellen som en förklaring av vitt ljus i solflammor är därför oförenlig med den huvudsakliga energitransportprocessen som accepteras för solflammor."
När det gäller väterekombinationsstrålningsmodellen är den mer konsekvent ur fysisk synvinkel men kan tyvärr ännu inte bekräftas av observationer, konstaterar forskarna, även om artikeln ger ytterligare argument till förmån för denna modell, som har försummats i de flesta studier.
Mer information: Paulo J A Simões et al, Hydrogen recombination continuum as the radiative model for stellar optical flares, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae186
Journalinformation: Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society
Tillhandahålls av FAPESP
