Wetenschap
Waterstofrecombinatie blijkt de meest plausibele verklaring te zijn voor de hoge energieniveaus in stellaire superflares
Hoewel hun primaire doel het zoeken naar exoplaneten is, hebben observatoria zoals de Kepler Space Telescope en de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) een enorme hoeveelheid gegevens geleverd over stellaire uitbarstingen, gedetecteerd met uiterst nauwkeurige fotometrie door breedbandfilters in het zichtbare lichtspectrum. .
De sterren staan zo ver weg dat ze voor deze telescopen alleen maar als lichtpunten verschijnen, en de verschijnselen die als stellaire uitbarstingen worden geïnterpreteerd, zijn abrupte toenames in de helderheid van deze punten.
Er is ook een gebrek aan gegevens in andere delen van het elektromagnetische spectrum, en de meeste onderzoeken naar deze gebeurtenissen concentreren zich op bestraalde energie. Waarnemingen hebben 'superflares' ontdekt:enorme magnetische uitbarstingen in de atmosfeer van sterren met energieën die 100 tot 10.000 keer groter zijn dan die van de meest energetische zonnevlammen. De vraag is of een van de beschikbare modellen zulke hoge energieniveaus kan verklaren.
Er zijn twee modellen beschikbaar. De meer populaire variant behandelt de straling van een superflare als blackbody-emissie bij een temperatuur van 10.000 Kelvin. De andere associeert het fenomeen met een proces van ionisatie en recombinatie van waterstofatomen.
Een onderzoek uitgevoerd door onderzoekers verbonden aan het Mackenzie Centre for Radio Astronomy and Astrophysics (CRAAM) aan de Mackenzie Presbyterian University (UPM) in Brazilië en de School of Physics and Astronomy van de University of Glasgow in het Verenigd Koninkrijk analyseerde de twee modellen.
Het onderzoek is gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
"Gezien de bekende processen van energieoverdracht bij zonnevlammen, stellen we dat het waterstofrecombinatiemodel fysiek plausibeler is dan het blackbody-model om de oorsprong van de breedbandige optische emissie van zonnevlammen te verklaren", zegt Paulo Simões, eerste auteur van het artikel en een onderzoeker. hoogleraar aan de UPM.
De onderzoekers analyseerden met behulp van de twee modellen 37 superflares op het dubbelstersysteem Kepler-411 en vijf superflares op de ster Kepler-396. "We concludeerden dat schattingen voor de totale energie van uitbarstingen op basis van het waterstofrecombinatiemodel ongeveer een orde van grootte lager zijn dan de waarden verkregen met behulp van het stralingsmodel van zwarte lichamen, en beter passen bij de bekende uitbarstingsprocessen", aldus Simões.
Deze processen worden beschreven in termen van zonnevlammen. Ondanks de vele verschillen blijven zonnevlammen de modellen vormen waarop stellaire uitbarstingen worden geïnterpreteerd. Er is een enorme hoeveelheid informatie verzameld over zonnevlammen, voor het eerst gedocumenteerd in de astronomische literatuur door twee Engelse astronomen, Richard Carington en Richard Hodgson, die onafhankelijk van elkaar dezelfde zonnevlam waarnamen op 1 september 1859.
"Sindsdien zijn zonnevlammen waargenomen met een intense helderheid die seconden tot uren aanhoudt en op verschillende golflengten, van radiogolven en zichtbaar licht tot ultraviolet en röntgenstraling. Zonnevlammen behoren tot de meest energetische verschijnselen in ons zonnestelsel en kunnen satellieten beïnvloeden." operaties, radiocommunicatie, elektriciteitsnetwerken en navigatie- en GPS-systemen, om maar een paar voorbeelden te noemen”, zegt Alexandre Araújo, Ph.D. kandidaat bij CRAAM, onderwijzer en co-auteur van het artikel.
Zonnevlammen komen voor in actieve gebieden die verband houden met intense magnetische velden, waar overvloedige hoeveelheden energie abrupt vrijkomen in de corona (de buitenste laag van de zon) door het opnieuw verbinden van het magnetische veld, het verwarmen van het plasma en het versnellen van onder meer elektronen en ionen. /P>
‘Omdat ze minder massa hebben, kunnen elektronen worden versneld tot een groot deel van de lichtsnelheid, doorgaans ongeveer 30% maar soms meer. De versnelde deeltjes reizen langs de magnetische veldlijnen, en sommige worden in de interplanetaire ruimte uitgestoten, terwijl andere de ruimte in gaan. de tegenovergestelde richting in de chromosfeer, de laag onder de corona, waar ze botsen met het plasma met hoge dichtheid en hun energie wordt overgedragen naar het medium.
"De overtollige energie verwarmt het lokale plasma, veroorzaakt ionisatie en excitatie van de atomen en produceert bijgevolg straling, die we kunnen detecteren met telescopen op het aardoppervlak en in de ruimte", legt Simões uit.
Sinds de jaren zestig hebben veel observationele en theoretische onderzoeken geprobeerd de uitzonderlijk grote hoeveelheid zichtbaar licht die door zonnevlammen wordt uitgezonden te verklaren, maar tot op heden is er nog geen definitieve oplossing gevonden. De meest populaire verklaringen die uit deze onderzoeken naar voren komen, zijn straling van zwarte lichamen door verwarming van de fotosfeer, de laag onder de chromosfeer, en waterstofrecombinatiestraling in de chromosfeer. Deze recombinatie vindt plaats wanneer door ionisatie gescheiden protonen en elektronen zich herenigen om waterstofatomen te vormen.
"De beperking van het eerste geval kan worden samengevat als een kwestie van energietransport:geen van de energietransportmechanismen die normaal worden geaccepteerd voor zonnevlammen heeft het vermogen om de energie te leveren die nodig is in de fotosfeer om voldoende plasmaverwarming te veroorzaken om de waarnemingen te verklaren, ' zei Simões.
Araújo was het daarmee eens en zei:"Berekeningen die voor het eerst werden uitgevoerd in de jaren zeventig en later werden bevestigd door computersimulaties, tonen aan dat de meeste elektronen die worden versneld in zonnevlammen er niet in slagen de chromosfeer te passeren en de fotosfeer binnen te gaan. Het zwartlichaammodel als verklaring voor wit licht in zonnevlammen is daarom onverenigbaar met het belangrijkste energietransportproces dat voor zonnevlammen wordt geaccepteerd."
Het waterstofrecombinatiestralingsmodel is consistenter vanuit fysisch oogpunt, maar kan helaas nog niet worden bevestigd door waarnemingen, concluderen de onderzoekers, hoewel het artikel aanvullende argumenten biedt ten gunste van dit model, dat in de meeste onderzoeken is verwaarloosd.