Brintrekombination fundet at være den mest plausible forklaring på høje niveauer af energi i stjernernes superblus

Selvom deres primære formål er at lede efter exoplaneter, har observatorier som Kepler Space Telescope og Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) leveret en enorm mængde data om stjerneudbrud, detekteret med højpræcisionsfotometri af bredbåndsfiltre i det synlige lysspektrum. .

Stjernerne er så langt væk, at de kun vises som lyspunkter for disse teleskoper, og de fænomener, der tolkes som stjerneudbrud, er pludselige stigninger i disse punkters lysstyrke.

Der er også mangel på data i andre dele af det elektromagnetiske spektrum, og de fleste undersøgelser af disse hændelser fokuserer på bestrålet energi. Observationer har opdaget "superudbrud", enorme magnetiske udbrud i atmosfæren af ​​stjerner med energier 100 til 10.000 gange større end de mest energiske soludbrud. Spørgsmålet er, om nogen af ​​de tilgængelige modeller kan forklare så høje energiniveauer.

To modeller er tilgængelige. Den mere populære behandler strålingen fra en superflare som sortlegeme-emission ved en temperatur på 10.000 Kelvin. Den anden forbinder fænomenet med en proces med ionisering og rekombination af hydrogenatomer.

En undersøgelse udført af forskere tilknyttet Mackenzie Center for Radio Astronomy and Astrophysics (CRAAM) ved Mackenzie Presbyterian University (UPM) i Brasilien og University of Glasgows School of Physics and Astronomy i Storbritannien analyserede de to modeller.

Undersøgelsen er offentliggjort i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

"I betragtning af de kendte processer for energioverførsel i flares argumenterer vi for, at brintrekombinationsmodellen er fysisk mere plausibel end blackbody-modellen til at forklare oprindelsen af ​​den optiske bredbåndsemission fra flares," sagde Paulo Simões, førsteforfatter til artiklen og en professor ved UPM.

Forskerne analyserede 37 superblus på det dobbelte stjernesystem Kepler-411 og fem superblus på stjernen Kepler-396 ved hjælp af de to modeller. "Vi konkluderede, at estimater for total flare-energi baseret på brintrekombinationsmodellen er omkring en størrelsesorden lavere end værdierne opnået ved brug af sortlegeme-strålingsmodellen og passer bedre til de kendte flare-processer," sagde Simões.

Disse processer er beskrevet i form af soludbrud. På trods af mange forskelle fortsætter soludbrud med at informere de modeller, hvorpå stjerneudbrud fortolkes. En enorm mængde information er blevet akkumuleret om soludbrud, først dokumenteret i den astronomiske litteratur af to engelske astronomer, Richard Carington og Richard Hodgson, som uafhængigt observerede det samme soludbrud den 1. september 1859.

"Siden da er soludbrud blevet observeret med intens lysstyrke, der varer fra sekunder til timer og ved forskellige bølgelængder, fra radiobølger og synligt lys til ultraviolet og røntgenstråler. Soludbrud er blandt de mest energiske fænomener i vores solsystem og kan påvirke satellitter. operationer, radiokommunikation, elnet og navigations- og GPS-systemer, for blot at tage nogle få eksempler," sagde Alexandre Araújo, Ph.D. kandidat på CRAAM, skolelærer og medforfatter til artiklen.

Soludbrud forekommer i aktive områder forbundet med intense magnetiske felter, hvor rigelige mængder energi frigives brat i koronaen (solens yderste lag) ved genforbindelse af magnetfeltet, opvarmning af plasmaet og accelererende elektroner og ioner, blandt andre partikler.

"Fordi de har mindre masse, kan elektroner accelereres til en stor brøkdel af lysets hastighed, typisk omkring 30 %, men nogle gange mere. De accelererede partikler bevæger sig langs magnetfeltlinjerne, og nogle slynges ud i det interplanetære rum, mens andre går ind. den modsatte retning ind i kromosfæren, laget under koronaen, hvor de kolliderer med højdensitetsplasmaet og deres energi overføres til mediet.

"Den overskydende energi opvarmer det lokale plasma, hvilket forårsager ionisering og excitation af atomerne og producerer følgelig stråling, som vi kan detektere med teleskoper på Jordens overflade og i rummet," forklarede Simões.

Siden 1960'erne har mange observationelle og teoretiske undersøgelser forsøgt at forklare den usædvanligt store mængde synligt lys, der udsendes af soludbrud, men en endelig løsning er ikke fundet til dato. De mest populære forklaringer produceret af disse undersøgelser er sortlegemestråling fra opvarmning af fotosfæren, laget under kromosfæren og brintrekombinationsstråling i kromosfæren. Denne rekombination opstår, når protoner og elektroner adskilt ved ionisering genforenes for at danne brintatomer.

"Begrænsningen af ​​det første tilfælde kan opsummeres som et spørgsmål om energitransport:ingen af ​​de energitransportmekanismer, der normalt accepteres for soludbrud, har kapacitet til at levere den energi, der kræves i fotosfæren for at forårsage tilstrækkelig plasmaopvarmning til at forklare observationerne, " sagde Simões.

Araújo var enig og sagde:"Beregninger, der først blev udført i 1970'erne og senere bekræftet af computersimuleringer, viser, at de fleste af elektronerne, der accelereres i soludbrud, undlader at krydse kromosfæren og komme ind i fotosfæren. Den sorte kropsmodel som en forklaring på hvidt lys i soludbrud er derfor uforenelig med den vigtigste energitransportproces, der accepteres for soludbrud."

Hvad angår brintrekombinationsstrålingsmodellen, er den mere konsistent fra det fysiske synspunkt, men den kan desværre endnu ikke bekræftes af observationer, konkluderer forskerne, selvom artiklen giver yderligere argumenter til fordel for denne model, som er blevet forsømt i de fleste undersøgelser.

Flere oplysninger: Paulo J. A. Simões et al., Hydrogen-rekombinationskontinuum som den strålingsmodel for optiske stjerneudbrud, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae186

Journaloplysninger: Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society

Leveret af FAPESP