Las superllamaradas son explosiones muy fuertes observadas en estrellas con una energía diez mil veces mayor que la energía de las típicas erupciones solares . Las estrellas de esta clase cumplen las condiciones que se aplican a las contrapartes solares y se espera que sean estables durante un período de tiempo muy largo. Los nueve candidatos originales fueron descubiertos por varios métodos. Ninguna investigación sistemática fue posible hasta el lanzamiento del satélite Kepler , que durante un largo período observó una gran cantidad de estrellas de tipo solar con una precisión muy alta. Este estudio mostró que una pequeña fracción de las estrellas produjo fuertes llamaradas, 10.000 veces más poderosas que las llamaradas más fuertes conocidas del Sol . En muchos casos, hubo varias superllamaradas en la misma estrella. Las estrellas más jóvenes brillan con más frecuencia que las más viejas, pero también se han observado fuertes llamaradas en estrellas más viejas como el Sol.
Todas las estrellas superflare exhiben variaciones de luminosidad cuasi periódicas , interpretadas como manchas estelares muy grandes que giran sobre la superficie de las razas. Los estudios espectroscópicos encontraron líneas espectrales que eran indicadores claros de actividad cromosférica asociada con campos magnéticos fuertes y extensos. Esto sugiere que las superllamaradas difieren sólo en escala de las erupciones solares .
Se han realizado intentos para detectar erupciones solares pasadas a partir de concentraciones de nitrato en el hielo polar (más tarde se demostró que este método no funciona), a partir de observaciones históricas de auroras y de aquellos isótopos radiactivos que pueden ser producidos por partículas de energía solar. Aunque se han encontrado tres eventos (774 d. C., 994 d. C. y 660 a. C.) asociados con erupciones solares extremas de carbono-14en los registros
Las superllamaradas solares tendrán consecuencias drásticas, especialmente si ocurren como eventos sucesivos. Dado que pueden ocurrir en estrellas de la misma edad, masa y composición que el Sol , estos eventos no se pueden descartar. Sin embargo, el análisis de los datos sobre isótopos cosmogénicos muestra que no ha habido tales erupciones en el Sol en los últimos diez mil años. Sin embargo, las superllamaradas de tipo solar son muy raras y ocurren en estrellas con más actividad magnética que el Sol ; si ocurren supererupciones solares, pueden ocurrir en episodios bien definidos que toman una pequeña fracción del tiempo.
Las superllamaradas en las estrellas no son lo mismo que la llamarada de una estrella, que suele ser una enana roja de un tipo espectral muy tardío. El término se limita a grandes eventos transitorios en estrellas que cumplen las siguientes condiciones [1] :
De hecho, tales estrellas pueden considerarse como análogos del Sol. Inicialmente, se descubrieron nueve estrellas superflare, algunas de ellas muy similares al Sol .
El documento original [1] identificó nueve objetos candidatos:
| Estrella | Espectro. Clase | V(mag) | Método de determinación | Amplitud de destello | Durable | Energía ( ergio ) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Puente de novios 1830 | G8V | 6.45 | fotógrafo. | ΔB = 0,62 m | 18 minutos | EB ~ 10 35 |
| Kappa¹ Kita | G5V | 4.83 | espectroscopio. | EW(He) = 0.13Å | ~ 40 minutos | E~2×10 34 |
| MT Tauro | G5V | 16.8 | fotógrafo. | ΔU = 0,7 m | ~ 10 minutos | UE ~ 10 35 |
| Pi¹ Osa Mayor | G1.5 Vb | 5.64 | radiografía. | L X \u003d 10 29 erg / seg | >~ 35 minutos | E X \u003d 2 × 10 33 |
| Hornos S | G1V | 8.64 | visual | ∆V ~ 3m | 17 - 367 minutos | E V ~2×10 38 |
| BD +10°2783 | G0V | 10.0 | radiografía. | L X \u003d 2 × 10 31 ergio / s | ~ 49 minutos | E X >>3×10 34 |
| Águila Omicrón | F8V | 5.11 | fotómetro. | ∆V = 0,09 m | ~ 5 – 15 días | E BV ~9×10 37 |
| 5 serpientes | F8 IV-V | 5.06 | fotómetro. | ∆V = 0,09 m | ~ 3 – 25 días | E BV ~7×10 37 |
| Corona norte de EE. UU. | F8V | 8.86 | fotómetro. | ∆I = 0,30 m | >~ 57 minutos | Opción E ~7×10 35 |
Las observaciones varían para cada objeto. Algunas de estas son mediciones de rayos X , otras son visuales, fotográficas , espectroscópicas o fotométricas . Las energías de los eventos oscilan entre 2×10 33 y 2×10 38 ergios .
El observatorio espacial Kepler es un instrumento diseñado para buscar planetas utilizando el método de tránsito. El fotómetro monitorea constantemente el brillo de 150.000 estrellas en un área fija del cielo (en las constelaciones Cygnus , Lyra y Draco ) para detectar cambios en el brillo causados por los planetas que pasan frente al disco estelar. El fotómetro rastrea más de 90.000 enanas amarillas ( similares al Sol ) en la secuencia principal . El área observada corresponde aproximadamente al 0,25% de todo el cielo. El fotómetro es sensible a longitudes de onda de 400-865 nm , cubriendo todo el espectro visible y parte del rango infrarrojo . La precisión fotométrica lograda por Kepler es típicamente 0,01% (0,1 mmA) para un intervalo de tiempo de integración de 30 minutos para estrellas de magnitud 12.
La alta precisión, una gran cantidad de estrellas observables y un largo período de observación hacen que Kepler sea ideal para detectar superllamaradas. Los estudios publicados en 2012 y 2013 incluyeron 83 000 estrellas durante un período de 500 días (la mayor parte del análisis de datos se realizó con cinco estudiantes de primer año) [2] [3] [4] . Se seleccionaron estrellas del catálogo de Kepler para que tuvieran T eff ( temperatura efectiva ) entre 5100 y 6000 K (valor solar 5750 K ) para encontrar estrellas de tipo espectral similar al Sol , y gravedad superficial log g>4.0 para eliminar subgigantes y gigantes _ Los tipos espectrales van desde F8 a G8. El intervalo de integración de datos fue de 30 minutos en el estudio original. Se detectaron 1547 superllamaradas en 279 estrellas de tipo solar . Los eventos más intensos aumentaron el brillo de las estrellas en un 30% y tuvieron una energía de 10 36 ergios . Los destellos de luz blanca en el Sol cambian el brillo en aproximadamente un 0,01 %, y los destellos más fuertes tienen una energía de luz visible de aproximadamente 10 32 ergios . (Todas estas energías están en la banda de emisión óptica y, por lo tanto, son límites inferiores, ya que parte de la energía se emite en otras longitudes de onda). 33 ergios detectados a intervalos de 30 minutos. Las erupciones tuvieron un rápido crecimiento seguido de un decaimiento exponencial en una escala de tiempo de 1 a 3 horas. Los eventos más poderosos correspondieron a energías diez mil más que las erupciones más grandes observadas en el Sol. Algunas estrellas brillaron con mucha frecuencia: una estrella superbrilló 57 veces en 500 días, a un ritmo promedio de una vez cada nueve días. Para las estadísticas de erupciones, el número de erupciones disminuyó con la energía E aproximadamente como E -2 , que es similar a las erupciones solares. La duración de la llamarada aumentó con el aumento de su energía, nuevamente de acuerdo con el comportamiento del Sol .
Algunos datos de Kepler se muestrean en intervalos de un minuto, aunque es inevitable una caída en la precisión [5] . El uso de estos datos en una pequeña muestra de estrellas revela destellos que son demasiado cortos para ser detectados de manera confiable en un intervalo de 30 minutos, lo que permite la detección de eventos con liberaciones de energía tan bajas como 10 32 erg , comparables a los destellos más brillantes del Sol. La tasa de eventos en función de la energía se describe mediante la ley de potencia E −n cuando se extiende a energías más bajas, donde n es aproximadamente 1,5. Con esta resolución temporal, algunas superllamaradas muestran múltiples picos con una diferencia de 100 a 1000 segundos, de nuevo comparables a las pulsaciones de las erupciones solares . La estrella KIC 9655129 mostró dos períodos, de 78 y 32 minutos cada uno, lo que indica oscilaciones magnetohidrodinámicas en la región de la llamarada [6] . Estas observaciones muestran que las superllamaradas difieren solo en escala, no en tipo, de las erupciones solares.
Las estrellas que experimentan superflares muestran un cambio cuasi periódico en el brillo, lo que se interpreta como evidencia de la aparición de manchas estelares que giran sobre la estrella. Esto permite estimar el período de rotación de la estrella: los valores varían desde menos de un día hasta decenas de días (el valor para el Sol es de 26 días). En el Sol , el seguimiento radiométrico de los satélites muestra que las grandes manchas solares pueden reducir el brillo en un 0,2 %. En las estrellas que experimentan superflares, las fluctuaciones de brillo más comunes son del 1-2 %, aunque pueden llegar al 7-8 %, lo que sugiere que el área de las manchas estelares puede ser mucho mayor que en el Sol. En algunos casos, los cambios en el brillo solo pueden ser modelados por una o dos manchas estelares grandes, aunque no todos los casos son tan simples. Las manchas estelares pueden ser grupos de manchas más pequeñas o manchas gigantes individuales.
Los destellos son más comunes en estrellas con períodos de rotación cortos. Sin embargo, la energía de las llamaradas más grandes no está relacionada con el período de rotación. Las estrellas con periodos más largos también tienen estallidos mucho más frecuentes; también tienen una tendencia a tener arrebatos más enérgicos. Se pueden detectar grandes variaciones incluso en las estrellas de rotación más lenta: una estrella tuvo un período de rotación de 22,7 días y las variaciones sugieren una cobertura puntual del 2,5% de la superficie, más de diez veces el valor solar máximo. Al estimar el tamaño de las manchas estelares a partir del cambio de amplitud y asumiendo valores solares para los campos magnéticos en las manchas (1000 gauss ), se puede estimar la energía disponible: en todos los casos, hay energía suficiente para alimentar incluso las llamaradas observables más grandes. . Esto sugiere que las superllamaradas y las erupciones solares tienen casi el mismo mecanismo.
Para determinar si pueden ocurrir superllamaradas en el Sol , es importante reducir la definición de estrellas similares al Sol . Cuando el rango de temperatura se divide en estrellas con T eff por encima y por debajo de 5600 K (estrellas de tipo G tempranas y tardías), las estrellas de temperatura más baja tienen aproximadamente el doble de probabilidades de exhibir actividad de superllamarada que las estrellas de tipo solar . En cuanto a las estrellas que experimentan erupciones, su frecuencia de erupciones (número por estrella por año) es aproximadamente cinco veces mayor para las estrellas de tipo tardío. Es bien sabido que tanto la velocidad de rotación como la actividad magnética de una estrella disminuyen con la edad en las estrellas de tipo G. Las estrellas fulgurantes se dividen en rotaciones rápidas y lentas, y su evaluación de las llamaradas utiliza un período de rotación estimado a partir de las variaciones de brillo: las estrellas que giran más rápidamente (y presumiblemente las más jóvenes) muestran una alta probabilidad de actividad: en particular, las estrellas que giran con un período de menos de 10 días, la probabilidad de ocurrencia de actividad es 20-30 veces mayor. Sin embargo, se han detectado 44 superllamaradas en 19 estrellas con temperaturas similares a las del Sol y períodos de rotación superiores a 10 días (de 14.000 estrellas estudiadas); Se detectaron cuatro superflares con energías en el rango de 1-5×10 33 erg en estrellas que giran más lentamente que el Sol (alrededor de 5000 en la muestra). La distribución de energía de las erupciones tiene la misma forma para todas las clases de estrellas: aunque las estrellas como el Sol tienen una menor probabilidad de erupciones, tienen la misma proporción de erupciones muy energéticas que las estrellas más jóvenes y más frías.
Los datos de Kepler también se utilizaron para buscar erupciones en estrellas posteriores a G. Se estudió una muestra de 23.253 estrellas con una temperatura efectiva T eff inferior a 5150 K y una gravedad superficial log g>4,2, que corresponde a estrellas de la secuencia principal posteriores a K0V para buscar bengalas en 33,5 días [7] . Se identificaron 373 estrellas con aparentes estallidos. Algunas estrellas tuvieron solo un destello, mientras que otras tuvieron hasta quince. Los eventos más fuertes aumentaron el brillo de la estrella en un 7-8%. Esto no es radicalmente diferente del brillo máximo de las erupciones en las estrellas de tipo G; sin embargo, dado que las estrellas K y M son menos luminosas que las de tipo G, esto sugiere que las llamaradas de estas estrellas son menos energéticas. Comparando las dos clases de estrellas estudiadas, las estrellas M parecen encenderse con más frecuencia que las estrellas K , pero la duración de cada destello tiende a ser más corta. Es imposible sacar conclusiones sobre la proporción relativa de estrellas de tipo G y K que muestran superfulguraciones, o sobre la frecuencia de las fulguraciones en aquellas estrellas que exhiben dicha actividad, ya que los algoritmos y criterios para detectar fulguraciones en estos dos estudios son muy diferentes.
La mayoría (aunque no todas) de las enanas naranjas y las enanas rojas muestran los mismos cambios de brillo casi periódicos que las enanas amarillas . Hay una tendencia hacia llamaradas más energéticas en estrellas más variables; sin embargo, la frecuencia de las erupciones está débilmente relacionada con la variabilidad.
Cuando se descubrieron superllamaradas en estrellas de tipo solar , se sugirió [8] que estas erupciones podrían ser causadas por la interacción del campo magnético de la estrella con el campo magnético de un planeta gigante que orbita tan cerca de la estrella que los campos magnéticos serían acoplado. La rotación y/o el movimiento orbital torcerán los campos magnéticos hasta que la reconfiguración de los campos provoque una liberación explosiva de energía. Las variables Canis Hound RS son sistemas binarios cercanos, con períodos orbitales que van de 1 a 14 días, en los que una estrella de secuencia principal de tipo F o G es la principal, y con una fuerte actividad cromosférica en todas las fases orbitales. Estos sistemas tienen variaciones de brillo atribuidas a grandes manchas solares en la estrella principal; algunos muestran grandes llamaradas que se cree que son causadas por reconfiguración magnética. Un compañero en tal sistema está lo suficientemente cerca como para hacer girar la estrella con interacciones de marea.
Sin embargo, un gigante gaseoso no sería lo suficientemente masivo para hacer esto, dejando varias propiedades medibles de una estrella (velocidad de rotación, actividad cromosférica ) sin cambios. Si el gigante y la estrella primaria estuvieran lo suficientemente cerca como para acoplar los campos magnéticos, la órbita del planeta torcería las líneas del campo magnético hasta que la configuración se volviera inestable, acompañada de un fuerte estallido de energía en forma de bengala. Kepler descubrió varios gigantes gaseosos cerca de la órbita, conocidos como Júpiter calientes . Los estudios de dos de estos sistemas han mostrado variaciones periódicas en la actividad cromosférica de sincronización primaria, sincronizadas con el período del satélite.
Kepler no puede detectar todos los tránsitos planetarios , ya que la órbita planetaria puede estar fuera de la vista desde la Tierra . Sin embargo, la órbita de Júpiter caliente está tan cerca de la primaria que la probabilidad de tránsito es de alrededor del 10%. Si las superllamaradas fueran causadas por planetas cercanos, las 279 estrellas fulgurantes descubiertas deberían tener alrededor de 28 satélites en tránsito; pero ninguno de ellos mostró evidencia de tales tránsitos, de hecho, descartando esta explicación.
Los estudios espectroscópicos de las superllamaradas permiten determinar sus propiedades con más detalle con la esperanza de descubrir la causa de las llamaradas. Los primeros estudios se llevaron a cabo utilizando el espectrógrafo del telescopio Subaru en Hawai [9] [10] . Se han estudiado en detalle unas 50 estrellas de tipo solar , que según las observaciones de Kepler exhiben actividad de superllamaradas. De estos, solo 16 eran estrellas binarias o binarias espectroscópicas ; fueron excluidos del estudio, ya que los sistemas binarios cercanos a menudo están activos, mientras que en el caso de las estrellas binarias existe la posibilidad de actividad en sus satélites. La espectroscopia permite la determinación precisa de la temperatura efectiva, la gravedad de la superficie y la abundancia de elementos más pesados que el helio (" metalicidad "); la mayoría de las 34 estrellas individuales resultaron ser estrellas situadas en la secuencia principal de tipo espectral G y composición similar a la del Sol. Debido a que propiedades como la temperatura y la gravedad de la superficie cambian a lo largo de la vida de una estrella, la teoría de la evolución estelar permite estimar la edad de una estrella: en la mayoría de los casos, la edad es superior a unos pocos cientos de millones de años. Esto es importante porque se sabe que las estrellas muy jóvenes son mucho más activas. Nueve estrellas se ajustan a la definición de tipo solar más estrecha dada anteriormente, con temperaturas superiores a 5600 K y períodos de rotación superiores a 10 días; algunos han tenido períodos de más de 20 o incluso 30 días. Solo cinco de 34 pueden describirse como estrellas que giran rápidamente.
Las observaciones de LAMOST se han utilizado para medir la actividad cromosférica de 5648 estrellas similares al Sol en el campo de Kepler , incluidas 48 superllamaradas [11] . Estas observaciones muestran que las superllamaradas estelares tienden a tener eyecciones cromosféricas más grandes que otras estrellas, incluido el Sol. Sin embargo, existen supererupciones en estrellas con niveles de actividad inferiores o comparables al Sol , lo que sugiere que las erupciones solares y las superdestellos probablemente tengan el mismo origen. El gran conjunto de estrellas similares al Sol incluidas en este estudio proporciona estimaciones detalladas y fiables de la relación entre la actividad cromosférica y la aparición de superllamaradas.
Todas las estrellas exhibieron variaciones de brillo casi periódicas que oscilaron entre el 0,1 % y casi el 10 %, lo que se explica por la rotación de grandes manchas estelares [12] . Cuando existen manchas grandes en una estrella, el nivel de actividad de la cromosfera se vuelve alto; en particular, se forman grandes flóculos cromosféricos alrededor de los grupos de manchas solares. Se sabe que las intensidades de ciertas líneas solares y estelares generadas en la cromosfera , en particular las líneas de calcio ionizado (Ca II) y la línea de hidrógeno Hα , son indicadores de actividad magnética. Las observaciones de las líneas Ca en estrellas cercanas en edad al Sol incluso muestran cambios cíclicos que recuerdan el ciclo solar de 11 años . Al observar ciertas líneas infrarrojas de Ca II para 34 superllamaradas estelares, fue posible estimar su actividad cromosférica . Las mediciones de las mismas líneas en puntos dentro de una región activa del Sol , junto con mediciones simultáneas del campo magnético local, muestran que existe una relación general entre el campo y la actividad.
Aunque las estrellas muestran una clara correlación entre la velocidad de rotación y la actividad, esto no descarta la actividad en las estrellas de rotación lenta: incluso las estrellas de movimiento lento como el Sol pueden tener una actividad alta. Todas las superllamaradas estelares observadas fueron más activas que el Sol , lo que implica grandes campos magnéticos. También existe una correlación entre la actividad de una estrella y sus cambios de brillo (y, por tanto, la cobertura de las manchas estelares ): todas las estrellas con grandes cambios de amplitud mostraron una alta actividad.
Conocer el área aproximada cubierta por las manchas estelares a partir del tamaño de las variaciones, y la intensidad de campo estimada a partir de la actividad cromosférica , permite estimar la energía total almacenada en el campo magnético; en todos los casos había suficiente energía en el campo para dar cuenta incluso de las superllamaradas más grandes. Tanto las observaciones fotométricas como las espectroscópicas son consistentes con la teoría de que las superllamaradas difieren solo en escala de las erupciones solares y pueden explicarse por la liberación de energía magnética en regiones activas mucho más grandes que las del Sol . Sin embargo, estas regiones pueden aparecer en estrellas con masas, temperaturas, composiciones, velocidades de rotación y edades similares al Sol.
Dado que las estrellas aparentemente idénticas al Sol pueden experimentar superllamaradas, es natural preguntarse si el propio Sol podría haberlas producido , y tratar de encontrar pruebas de que así fue en el pasado. Las grandes llamaradas van invariablemente acompañadas de partículas energéticas, y estas partículas producen efectos si llegan a la Tierra . El evento Carrington de 1859 , la llamarada más grande que observamos, produjo auroras globales que se extendieron hasta el ecuador [13] . Las partículas energéticas pueden provocar cambios químicos en la atmósfera, que pueden quedar grabados permanentemente en el hielo polar. Los protones rápidos generan isótopos característicos , en particular el carbono 14 , que los seres vivos pueden absorber y almacenar.
Cuando las partículas de energía solar alcanzan la atmósfera terrestre , provocan ionización, lo que crea óxido nítrico (NO) y otras formas reactivas de nitrógeno, que luego se depositan en forma de nitratos . Dado que todas las partículas energéticas son desviadas en mayor o menor medida por el campo magnético terrestre , se depositan predominantemente en las latitudes polares; dado que las latitudes altas también contienen hielo permanente, es natural buscar evidencia de eventos de nitrato en los núcleos de hielo . El estudio de los núcleos de hielo de Groenlandia , que se remonta a 1561 , permitió obtener una resolución de 10-20 muestras por año, lo que permitió en principio detectar eventos individuales [14] . Se pueden llegar a fechas precisas (dentro de uno o dos años) contando las capas anuales en núcleos , verificadas mediante la identificación de depósitos asociados con erupciones volcánicas conocidas . El núcleo contenía un cambio anual en la concentración de nitratos , acompañado de una serie de "picos" de diferentes amplitudes. El más fuerte jamás registrado data de unas pocas semanas después del evento de Carrington de 1859 . Sin embargo, otros eventos pueden generar emisiones de nitrato , incluida la quema de biomasa, que también conduce a concentraciones más altas de amonio . Un estudio de catorce núcleos de hielo de la Antártida y el Ártico mostró grandes emisiones de nitrato , sin embargo, ninguno de ellos databa de 1859 (el más cercano era de 1863 ). Todos estos estallidos se asociaron con amonio y otros productos químicos de combustión . No hay evidencia de que las concentraciones de nitrato puedan usarse como indicadores de la actividad solar histórica.
Cuando los protones energéticos ingresan a la atmósfera , crean isótopos a través de reacciones con constituyentes básicos; el más importante de ellos es el carbono-14 ( 14 C), que se crea cuando los neutrones secundarios reaccionan con el nitrógeno . 14 C, que tiene una vida media de 5730 años, después de lo cual reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono , que es absorbido por las plantas. La datación de la madera por el contenido de 14 C es la base de la datación por radiocarbono . Si se dispone de madera de edad conocida, el proceso se puede medir con precisión. La medición del contenido de 14 C y el uso de la vida media permiten estimar la edad en que se formó la madera. Los anillos de crecimiento de los árboles muestran patrones causados por diversos factores ambientales: la dendrocronología utiliza anillos de crecimiento de los árboles en comparación con secuencias superpuestas para establecer fechas precisas. La aplicación de este método muestra que el 14 C atmosférico cambia con el tiempo debido a la actividad solar. Esta es la base de la curva de calibración de la datación por carbono . Obviamente, también se puede usar para detectar picos en fenómenos de erupciones solares, siempre que estas erupciones creen suficientes partículas energéticas para causar un aumento medible en 14 C.
Un examen de la curva de calibración, que tiene una resolución temporal de cinco años, ha mostrado tres intervalos durante los últimos 3000 años en los que el 14 C ha aumentado significativamente [15] . En base a esto, se examinaron dos cedros japoneses con una resolución de un año y mostraron un aumento del 1,2% en 774 CE. e., que es unas veinte veces más de lo esperado por la oscilación solar normal. Este pico disminuyó constantemente durante los próximos años. El resultado fue confirmado por estudios de roble alemán , pino de California , alerce siberiano y madera de kauri de Nueva Zelanda [16] [17] . Todas las definiciones son consistentes tanto en el tiempo como en la amplitud del efecto. Además, las mediciones de esqueletos de coral en el Mar de China Meridional mostraron cambios significativos en 14 C durante varios meses aproximadamente al mismo tiempo; sin embargo, la fecha solo se puede establecer dentro de ±14 años alrededor del 783 d.C. [18] .
El carbono-14 no es el único isótopo que pueden producir las partículas energéticas. El berilio-10 ( 10 Be) también se forma a partir de nitrógeno y oxígeno y se deposita en el hielo polar. Sin embargo, la deposición de 10 Be puede estar fuertemente relacionada con el clima local y exhibe una variabilidad geográfica extrema; también es más difícil determinar las fechas [19] . Sin embargo, se detectó un aumento de 10 Be durante la década de 770 en un núcleo de hielo de la Antártida , aunque la señal era menos brillante debido a la menor resolución temporal (varios años); otro aumento más pequeño se ha visto en Groenlandia [16] [20] . Al comparar los datos de dos sitios en el norte de Groenlandia y uno en la Antártida occidental, todos los cuales fueron adquiridos con una resolución de un año, todos mostraron una señal fuerte: el perfil de tiempo también coincidió bien con los resultados de 14 C (dentro de la incertidumbre de fecha para los 10 Be data) [21] . El cloro-36 ( 36 Cl) puede obtenerse a partir de argón y depositarse en hielo polar; dado que el argón es un componente menor de la atmósfera, su contenido es bajo. Los mismos núcleos de hielo que mostraron 10 Be también mostraron un aumento en 36 Cl, aunque con una resolución de cinco años no fue posible una coincidencia detallada.
El segundo evento AD 993/4 también arrojó la detección de 14 C en los anillos de los árboles, pero a una intensidad más baja [20] . Este evento también condujo a un aumento notable en el contenido de 10 Be y 36 Cl en los núcleos de hielo en Groenlandia . El tercer evento conocido fue en el 660 a. C. [22] y hay varios candidatos más débiles.
Si se supone que estos eventos se originan a partir de partículas rápidas durante grandes llamaradas, no es fácil estimar la energía de las partículas en una llamarada o compararla con eventos conocidos. El evento de Carrington no aparece en el registro de 14 C, ni ningún otro evento de partículas grandes que se haya observado directamente. El flujo de partículas debe estimarse calculando la tasa de producción de radiocarbono y luego modelando el comportamiento del CO 2 una vez que ha entrado en el ciclo del carbono ; la proporción de radiocarbono creado que es absorbido por los árboles depende en cierta medida de este ciclo. Como complicación adicional, los isótopos cosmogénicos son predominantemente producidos por protones energéticos (varios cientos de MeV ). El espectro de energía de las partículas de las erupciones solares varía considerablemente entre eventos; uno con un espectro "duro", con más protones de alta energía , sería más efectivo para aumentar el 14 C. La llamarada más poderosa, que también tenía un espectro duro, que se observó instrumentalmente, tuvo lugar en febrero de 1956 (el comienzo de las pruebas nucleares ocultan posibles efectos en los registros 14 C); se ha calculado que si una sola bengala fuera la responsable del evento del 774/5 d. C., debería ser entre 25 y 50 veces más poderosa que ésta [23] . Un grupo de manchas solares puede producir varios destellos durante su existencia, y los efectos de tal secuencia se acumularán durante un año cubierto por una medición de 14 C; sin embargo, el efecto general seguiría siendo diez veces mayor que cualquier cosa vista en un período similar en la era moderna.
Las erupciones solares no son la única forma de obtener isótopos cosmogénicos . Se ha propuesto que un estallido de rayos gamma largo o corto coincida con todos los detalles del evento 774/5 d. C. si estuvo lo suficientemente cerca [24] [25] . Sin embargo, actualmente se sabe que esta explicación es muy poco probable, y los eventos extremos de protones solares son la única explicación razonable para los estallidos observados en la producción de isótopos cosmogénicos.
Se han realizado varios intentos para encontrar evidencia adicional que respalde la interpretación del pico de isótopo AD 774/5 como una superllamarada mediante el examen de datos históricos. El evento de Carrington resultó en auroras tan al sur como el Caribe y Hawái , lo que corresponde a una latitud geomagnética de aproximadamente 22° [26] , si el evento de 774/5 d. C. corresponde a una llamarada aún más energética, entonces las auroras deberían haber adquirido un carácter mundial.
Usoskin y otros [16] citaron referencias a auroras en crónicas chinas para 770 (dos veces), 773 y 775 . También citan una "cruz roja" en el cielo en 773/4/6 CE. mi. de la Crónica anglosajona [27] ; "escudos inflamados" o "escudos rojos ardientes" vistos en los cielos de Alemania en el año 776 d . C., registrados en los Anales del Reino de los Francos ; "fuego en el cielo" en Irlanda en 772 CE. mi. .; y un fenómeno en Alemania en el 773 dC , interpretado como jinetes sobre caballos blancos. El aumento de la actividad solar en la región del aumento de 14 C es confirmado por informes de aurora en China , fechados en el 776 d.C. mi. 12 de enero, según lo detallado por Stevenson et al. [28] . Los registros chinos describen más de diez bandas de luces blancas "como seda extendida" que se extienden a lo largo de las ocho constelaciones chinas; el resplandor duró varias horas. Los avistamientos, realizados durante la dinastía Tang , se realizaron en la capital Xi'an .
Sin embargo, hay una serie de dificultades asociadas con tratar de vincular el aumento de las concentraciones de 14 C a los registros históricos. Las fechas de los anillos de los árboles pueden ser erróneas porque no hay un anillo perceptible (clima inusualmente frío) o dos anillos (segundo crecimiento en otoño cálido) durante el año. Si el clima frío fuera global después de una gran erupción volcánica, es posible que los efectos también pudieran ser globales: la fecha aparente de la concentración de 14C puede no coincidir siempre con las crónicas.
Para el pico de isótopos durante la conjunción 993/994 dC, estudiado por Hayakawa et al [29] . Los documentos históricos investigados actualmente muestran una agrupación de observaciones de auroras a finales de 992 , mientras que su relación con el pico de isótopos aún está en debate.
Las superllamaradas parecen estar asociadas con un alto nivel general de actividad magnética. Además de buscar eventos individuales, se pueden examinar los registros de isótopos para encontrar niveles de actividad en el pasado e identificar períodos en los que puede haber sido mucho más alto de lo que es ahora. Las rocas lunares proporcionan un registro que no se ve afectado por los procesos de transporte y protección geomagnética. Tanto los rayos cósmicos como los eventos de partículas solares pueden crear isótopos en las rocas y se ven afectados por la actividad solar. Los rayos cósmicos son mucho más energéticos y penetran más profundamente, y pueden distinguirse de las partículas solares que afectan las capas exteriores. Se pueden producir varios radioisótopos diferentes con vidas medias muy diferentes; se puede considerar que la concentración de cada uno de ellos representa el valor medio del flujo de partículas durante su vida media. Dado que los flujos deben convertirse en concentraciones de isótopos mediante simulación, existe una cierta dependencia del modelo. Estos datos son consistentes con la opinión de que el flujo de partículas solares energéticas con energías superiores a varias decenas de MeV no cambió durante períodos de cinco mil a cinco millones de años. Por supuesto, no se detectará un período de actividad intensa durante un período de tiempo corto en relación con la vida media.
Las mediciones de 14 C , incluso con baja resolución temporal, pueden indicar el estado de la actividad solar durante los últimos 11.000 años antes de 1900 . Aunque la datación por radiocarbono se ha aplicado a eventos tan antiguos como 50.000 años, durante la desglaciación del Holoceno temprano, la biosfera y su absorción de carbono cambiaron drásticamente, haciendo que la estimación no fuera práctica hasta ahora; después de aproximadamente 1900 efecto Suess, dificulta la interpretación. 10 Las concentraciones de Be en núcleos de hielo polar multicapa proporcionan una medida independiente de la actividad. Ambas medidas concuerdan razonablemente entre sí y con el número de manchas solares ( número de Wolff ) durante los últimos dos siglos. Como verificación adicional, se pueden extraer isótopos de titanio-44 ( 44Ti ) de los meteoritos ; esto proporciona una medida de la actividad que no se ve afectada por los cambios en el tráfico o el campo geomagnético. Aunque se limita a aproximadamente los dos últimos siglos, es coherente con todas menos una de las reconstrucciones del s. XIV y el s. 10 a. C. y confirma su validez. Los estallidos de energía descritos anteriormente son raros; en grandes escalas de tiempo (significativamente más de un año), los rayos cósmicos predominan en el flujo de partículas radiogénicas . El sistema solar interior está protegido por el campo magnético general del Sol , que depende en gran medida del tiempo del ciclo y de la fuerza del ciclo. El resultado es que los momentos de intensa actividad aparecen como una disminución de la concentración de todos estos isótopos . Debido a que los rayos cósmicos también se ven afectados por el campo geomagnético , las dificultades para reconstruir este campo limitan la precisión de las reconstrucciones.
Una reconstrucción de la actividad del 14 C durante los últimos 11.000 años no muestra un período significativamente más largo que el actual; de hecho, el nivel general de actividad en la segunda mitad del siglo XX fue el más alto desde el año 9000 a. mi. En particular, la actividad alrededor del evento 14 C AD 774 (promediado durante décadas) estuvo ligeramente por debajo del promedio a largo plazo, mientras que el evento AD 993 coincidió con un ligero mínimo. Un estudio más detallado del período de 731 a 825 , que combina varios conjuntos de datos de 14 C con resoluciones de uno y dos años con recuentos de media aurora y manchas solares , muestra un aumento general en la actividad solar (desde un nivel bajo) después de aproximadamente 733 , alcanzando su punto más alto después de 757 y manteniéndose alto en los 760 y 770 ; hubo varias auroras durante este tiempo e incluso una aurora de baja latitud en China .
El efecto de este tipo de superflare, que parece encontrarse en nueve estrellas madre candidatas, sería catastrófico para la Tierra y dejaría huellas en el sistema solar ; un evento en el S Furnace , por ejemplo, resultó en un aumento en la luminosidad de las estrellas unas veinte veces. Thomas Gold ha sugerido que las huellas en la superficie superior de algunas rocas lunares pueden ser causadas por una llamarada solar , lo que implica un aumento en el brillo de más de cien veces en 10 a 100 segundos en algún momento de los últimos 30.000 años [30] . Además de los efectos terrestres, esto provocaría el derretimiento del hielo local, seguido de un sobreenfriamiento hasta las lunas de Júpiter . No hay evidencia de que se hayan producido superllamaradas de esta magnitud en el sistema solar [8] .
Incluso para superllamaradas mucho más pequeñas, en el extremo inferior del rango de Kepler , las consecuencias serán graves. En 1859, un evento en Carrington provocó interrupciones en el sistema de telégrafo en Europa y América del Norte . Los posibles impactos hoy incluyen:
Obviamente, las superllamaradas a menudo se repiten y no ocurren como eventos separados. El NO y otros nitrógenos extraños producidos por las partículas de las llamaradas catalizan el agotamiento del ozono sin ser absorbidos por sí mismos y tienen una larga vida en la estratosfera . Los brotes con una frecuencia de una vez al año o incluso menos tendrán un efecto acumulativo; La destrucción de la capa de ozono puede ser permanente y conducir al menos a su agotamiento.
Las superllamaradas también se han propuesto como una solución a la paradoja del débil Sol joven [31] .
Dado que las superllamaradas pueden originarse en estrellas que parecen ser equivalentes en todos los sentidos al Sol, es natural preguntarse, ¿pueden originarse en el propio Sol ? Una estimación, basada en los estudios fotométricos originales de Kepler , asumió la frecuencia de estrellas de tipo solar (tipo G temprano y período de rotación superior a 10 días) una vez cada 800 años para una energía de 10 34 erg y cada 5000 años para 10 35 erg [ 3] . Una muestra de un minuto proporcionó estadísticas para explosiones menos energéticas y dio una frecuencia de una explosión de energía de 1033 erg cada 5-600 años para una estrella que gira tan lentamente como el Sol ; esto se clasificaría como X100 en la escala de llamaradas solares [5] . Esto se basa en una comparación directa de la cantidad de estrellas estudiadas con la cantidad de destellos observados. La extrapolación de las estadísticas empíricas de las erupciones solares a energías de 10 35 erg sugiere una frecuencia de una vez cada 10 000 años.
Sin embargo, esto no se corresponde con las propiedades conocidas de las superllamaradas estelares. Tales estrellas son extremadamente raras en los datos de Kepler ; un estudio mostró solo 279 de esas estrellas de 31,457 estudiadas (una fracción por debajo del 1%); para estrellas más viejas, hasta 0,25% [3] . Además, aproximadamente la mitad de las estrellas activas mostraron estallidos repetidos: una estrella tuvo hasta 57 eventos en 500 días. Centrándonos en las estrellas de tipo solar , la llamarada media más activa es cada 100 días; La frecuencia de ocurrencia de superllamaradas en las estrellas más activas como el Sol es 1000 veces mayor que el promedio de tales estrellas. Esto sugiere que este comportamiento no ocurre a lo largo de la vida de una estrella, sino que se limita a episodios de actividad extraordinaria. Esto también se confirma por una clara relación entre la actividad magnética de la estrella y su actividad de superllamarada; en particular, las superllamaradas estelares son mucho más activas (dependiendo del área de la mancha estelar) que el Sol.
No hay evidencia de que la llamarada haya sido más grande que el evento de Carrington en los últimos 200 años (alrededor de 1032 ergios , o 1/10,000 de las superllamaradas más grandes). Aunque los eventos más grandes del 14 C registran ca. AD 775 se identifica únicamente como un evento solar, su relación con la energía de la llamarada no está clara y es poco probable que supere los 1032 erg .
Parece que se descartan superllamaradas más energéticas debido a consideraciones energéticas para nuestro Sol , que sugieren que no es capaz de lanzar llamaradas mayores de 10 34 erg [32] . El cálculo de la energía libre en campos magnéticos en regiones activas, que pueden liberarse como llamaradas, da un límite inferior superior de aproximadamente 3 × 10 32 erg , lo que sugiere que la súper llamarada más energética puede ser tres veces más grande que en el caso de una Carrington. evento [33] .
Algunas estrellas tienen 5 veces el campo magnético del Sol y giran mucho más rápido, y teóricamente pueden producir una llamarada de hasta 10 34 ergios . Esto puede explicar algunas de las superllamaradas en el extremo inferior del rango. Ir más alto que esto puede requerir una curva de rotación de energía antisolar, una en la que las regiones polares giran más rápido que las regiones ecuatoriales [33] [34] .