Международный коллектив астрономов и астрофизиков обнародовал новые данные по статистике звездных супервспышек, собранных аппаратурой космической обсерватории NASA «Кеплер». Они представлены в статье Валерия Васильева, сотрудника гёттингенского Института исследования Солнечной системы Общества Макса Планка, и его коллег из Германии, Австрии, Финляндии, Японии, США и Франции, появившейся 13 декабря 2024 года в журнале Science1.
«Кеплер» был запущен с мыса Канаверал на гелиоцентрическую орбиту 7 марта 2009 года и прекратил работу 15 ноября 2018 года (к слову, в 388-ю годовщину кончины Иоганна Кеплера). Он был оснащен высокочувствительным фотометром с разрешением 95 Мпикс, способным работать в диапазоне длин волн 430–890 нм. Его главной целью был поиск экзопланет по периодическим изменениям видимого блеска звезд в окрестностях созвездий Лиры, Дракона и Лебедя. Телескоп мог одновременно вести фотометрию порядка сотни тысяч светил, а общее количество обследованных звезд превысило полмиллиона. Авторы статьи в Science использовали архив наблюдений этой орбитальной обсерватории для поиска звездных супервспышек, которые автоматически регистрировал фотометр. Статистическая обработка собранной информации дала возможность оценить частоту вспышек самой высокой интегральной мощности, которые принято называть супервспышками. Такие исследования проводились и раньше, так что у авторов статьи была возможность сравнить свои результаты с выводами предшественников.
Представление о звездных вспышках ведет свое начало с наблюдений нашего Солнца. 1 сентября 1859 года необычное событие одновременно и независимо друг от друга зарегистрировали два британских любителя астрономии — Ричард Кристофер Кэррингтон и Ричард Ходжсон. Вспышка и мощный корональный выброс массы на Солнце отозвались на следующий день на Земле сильнейшей магнитной бурей планетарного масштаба, нарушившей работу телеграфной связи в Европе и Северной Америке, ставшей причиной полярных сияний, которые видели даже в тропической зоне. Этот геомагнитный шторм, который называют «событием Кэррингтона», считается едва ли не величайшим за всю историю наблюдений.
Механизмы генерации солнечных вспышек сложны и не до конца поняты. Общее объяснение состоит в том, что и вспышки, и родственные им корональные выбросы массы возникают в результате перезамыканий магнитных линий — быстрых и интенсивных трансформаций энергии солнечных магнитных полей в другие формы энергии. Среди них надо прежде всего упомянуть тепло (в начале мощной вспышки температура плазмы на короткое время достигает десятков миллионов градусов), затем разгон протонов и электронов с энергией до миллиарда электронвольт, способных вызывать ядерные реакции, а также всплески мягкого и жесткого рентгена и даже гамма-излучения. Причиной таких трансформаций служит зарождение плазменных турбулентностей, которые быстро развиваются в хромосфере и нижнем слое короны. Суммарная (на языке астрономов — болометрическая) энергия самых сильных солнечных вспышек доходит до 1032 эрг. Как считается, энергия кэррингтоновской вспышки лежала в диапазоне 4…6∙1032 эрг. Длина вспышечного «факела» может доходить до 100 тыс. км.
В своей способности порождать вспышки Солнце отнюдь не уникально. В атмосферах других звезд имеют место подобные катаклизмы, систематическое наблюдение которых стало возможно после запуска «Кеплера». Измеренная мощность вспышек звезд главной последовательности доходит до 1036 эрг (по другим данным — до 1038 эрг). Звездные вспышки, чья болометрическая мощность приближается к верхней границе этого диапазона (и потому на порядки превышает зарегистрированный солнечный максимум), принято называть супервспышками.
Именно такими событиями и занимались Васильев и его коллеги. Они проанализировали четырехлетние данные по фотометрии 56 450 звезд приблизительно солнечного типа с эффективными поверхностными температурами от 5000 до 6500 К (напомню, что для Солнца этот показатель равен 5780 К). Эти данные содержали информацию о 2889 вспышках мощностью от 1033 до 1036 эрг, случившихся на 2527 звездах. Полученные результаты позволили установить, что частотное распределение супервспышек с энергиями свыше 1034 эрг зависит от энергии по степенному закону. Как оказалось, оно пропорционально Е—α, где Е — это энергия, а показатель степени α приблизительно равен двум, так что здесь почти точная обратная квадратичная зависимость. Интересно, что для верхнего энергетического диапазона солнечных вспышек с 1033 эрг > Е > 1029 эрг степенной закон тоже выполняется, но с заметно меньшим показателем, приблизительно равным 1,4.
А как насчет конкретных частот — в отличие от вычисленного статистического распределения? Авторы статьи пришли к выводу, что звезды из интересующей их выборки в среднем рождают по 8–9 супервспышек за тысячу лет; вычисленная частота равна (8,63±0,20)∙10– 3. Следовательно, округленная частота супервспышек составляет одно событие в столетие. Ограничение этой выборки на звезды с температурами 5500–6000 К, которые по своим физическим зарактеристикам еще ближе к Солнцу, меняет эту частоту очень незначительно. Авторы предприняли ряд технических шагов для гарантирования надежности своих оценок, но это уже информация для специалистов.
Напоследок авторы обсуждают, насколько релевантна полученная информация для оценки шансов рождения супервспышек на Солнце. Понятно, что это отнюдь не праздный вопрос. Уж если событие Кэррингтона так сильно испортило жизнь телеграфистам по обе стороны Атлантики, то вспышка хотя бы на порядок мощнее может очень сильно ударить по планетарной космической связи и вызвать трудно прогнозируемые медицинские и психологиеские проблемы у жителей всех континентов. Согласно приведенным в статье данным, в течение 1996–2012 годов была зарегистрирована дюжина солнечных вспышек с мощностью свыше 1032 эрг, однако до 1033 эрг не дотянула ни одна. 28 октября 2003 года наше светило выдало вспышку на 7∙1032 эрг, которая, возможно, оставила позади вспышку Кэррингтона — Ходжсона.
Авторы допускают, что звездные данные вовсе не обязательно нужно считать основой для солнечных прогнозов. Так, не менее 30% звезд с обнаруженными вспышками обладают массивными спутниками, которые могут заметно воздействовать своим притяжением на их верхние слои и тем самым способствовать возмущениям атмосферных магнитных полей. Но если собранная «Кеплером» информация в достаточной мере репрезентативна и для Солнца, то вероятность солнечной супервспышки может стать вполне реальной. В конце концов, для Солнца вероятность рождения вспышек на верхнем пределе мощности падает с ростом энергии как Е –1,4 — т. е. куда медленней, чем для звезд солнечного типа, где эта функция, напомню, меняется как Е–2. Такие ожидания, конечно, неприятны (нам хватает и страхов из-за возможного падения крупных астероидов), но всё же лучше, как говорится, «быть на стреме».
Алексей Левин
Я попросил Валерия Васильева прокомментировать работу его команды для наших читателей. Привожу его письмо:
Уважаемый Алексей,
Благодарю за ваше сообщение! Я рад, что наша работа вызвала интерес у ТрВ.
Из реконструкций прошлой солнечной активности, основанных на концентрациях космогенных изотопов в земных архивах, мы знаем, что Солнце время от времени переживает периоды в целом более высокой или более низкой солнечной активности, длящиеся несколько десятилетий. Примером является минимум Маундера в XVII веке, когда на Солнце было зарегистрировано очень мало солнечных пятен в течение нескольких десятилетий. На другом краю так называемый Современный максимум — период сравнительно более высокой солнечной активности, который Солнце пережило в середине XX века. Мы также знаем из реконструкций, что такие так называемые большие минимумы и большие максимумы не являются регулярными, а могут иметь тенденцию к кластеризации во времени. Последнее означает, что вполне может быть, что на Солнце не происходило экстремальных вспышек в течение нескольких столетий, в то время как затем произошло несколько таких событий в течение нескольких лет или десятилетий.
Мы даже не можем исключить, что такая супервспышка действительно произошла в течение последнего столетия. У нас нет доказательств такого события, но чтобы исключить это с уверенностью, нам потребуется регулярный непрерывный мониторинг Солнца. Кэррингтону просто повезло застать эту знаменитую вспышку. К тому времени, как он сообщил кому-то еще, чтобы показать, что он наблюдал это яркое свечение (что означает несколько минут), яркость уже не была замечена. Он случайно оказался в нужном месте в нужное время. Только в период с 1996 по 2012 год, когда у нас были прямые измерения общей солнечной яркости с достаточной точностью и временной каденцией, было обнаружено 12 вспышек с энергиями, сопоставимыми с предполагаемой энергией вспышки Кэррингтона. Таким образом, в будущем энергичная вспышка потенциально может произойти.
1 Vasilyev et al. Sun-like stars produce superflares roughly once per century // Science 386, 1301–1305.
(2 оценок, среднее: 4,00 из 5)
Загрузка...
Очень интересная заметка, — жизнь звезд напоминает жизнь людей, — энергетическая зависимость частоты звездных вспышек почти такая же, как, скажем, частоты человеческих скачков артериального давления, или сердечного пульса.
У людей бывают случаи синхронного выплеска адреналина , — например на стадионе или в кинотеатре, — да много где ещё.
Может и у звезд есть нечто подобное?
Правда, увидеть звездную синхронность мы не можем — ведь даже если две соседних звезды, — Солнце и Проксима Центавра синхронно мигнут, — к Земле свет солнечной вспышки доберется через восемь минут, а свет центаврианской вспышки только через четыре года, — уж очень большая разница в расстояниях.
Уважаемый Алексей!
Спасибо за обзор результатов нашей работы по звездным супревспышкам.
У меня есть один вопрос.Вы пишете, что «не менее 30% звезд с обнаруженными вспышками обладают массивными спутниками…» — не могли бы вы пояснить, откуда взята эта информация?
С уважением,
Илья Усоскин, соавтор статьи
Автор пишет, что только сейчас заметил письмо про данный комментарий с вопросом о том, откуда информация, что порядка 30% звезд с зарегистрированными вспышками входят в двойные системы. Просит напомнить, что об этом говорится в последнем абзаце статьи.
Approximately 30% of
flaring stars are known to have a binary companion
(17, 23). Flares in those systems might
originate on the companion star or be triggered
by tidal interactions.
Спасибо за пояснения. Действительно, цифра в 30% упомянута в статье, но она относится к вспыхивающим звездам вообще, а не к данному анализу. Как обсуждается в секции «Contamination by binaries» в приложении (supplementary materials) к статье, случаи с распознаваемыми двойными системами были исключены из анализа. Конечно, полностью исключить двойные системы невозможно, но оценка оставшихся двойных звезд в выборке составляет 2-3%, то есть, на порядок меньше. Поэтому, фраза про 30% звезд с обнаруженными вспышками не верна. Скорее всего, она была вызвана не совсем точным описанием в тексте статьи с деталями, вынесенными в приложение.
С уважением, И.У.
После сильных вспышeк в США наблюдается заметный рост числа торнадо. Это видно на диаграмме,
В прошлом году перед новым годом в Квебеке, в г. Монреале после последнего самого сильного взрыва температура днем понялась через 2 дня после вспышки на 12 С. Такого я не помню. +6C в конце декабря и не было совсем снега на улице!
Bысокая температура держалась 2 дня с туманом на дорогах.Затем упала до -22С Такой всплеск температуры полностью опроверг прогнозы метеорологов в Канаде, которые предсказывали -6С максимальную днем через два дня после вспышки. B метео прогнозах в Канаде не учитываются вспышки на Солнце.