STUDIU: Aurorele boreale pot apărea în urma unor erupții solare masive

Oamenii de știință au surprins o erupție masivă eliberată de o stea dincolo de sistemul nostru solar. Explozia a fost asemănătoare cu cele declanșate de soarele nostru, precum furtunile solare care au umplut cerul nopții cu aurore acum două săptămâni pe Pământ, dar la o anvergură semnificativă și îngrijorătoare, potrivit CNN. 

Conform ultimelor studii, eupția intensă ar fi trebuit să aibă urmări semnificative pentru orice planetă aflată în vecinătatea Soarelui, în loc să emită lumini nordice colorate. Posibilul factor responsabil pentru acest moment exploziv ar fi o eliberare de masă coronală (CME). În cadrul sistemului nostru solar, acest fenomen, denumit plasmă, este un nor imens de gaz ionizat, însoțit de câmpuri magnetice care rezultă din atmosfera externă a soarelui.

Când asemenea explozii sunt suficient de vaste încât să ajungă pe Pământ, pot determina o vreme spațială, mai exact perturbări semnificative ale câmpului magnetic al planetei noastre.

Astfel de erupții solare puternice generează aurore la poli, dar au totodată capacitatea de a bruia operațiunile sateliților, comunicațiile și rețeaua electrică. 

Până în prezent, fizicienii nu au reușit să depisteze o ejecție de masă coronală degajată de o altă stea. Oamenii de știință au oferit detalii despre descoperirea remarcabilă într-un studiu publicat pe 12 noiembrie în revista "Nature". Denumită și StKM 1-1262, steaua este o pitică roșie situată la aproximativ 130 de ani-lumină de Terra. 

Potrivit autorilor studiului, furtuna stelară s-a desfășurat la o viteză impresionantă de 5,3 milioane de mile pe oră (2.400 kilometri pe secundă). O asemenea viteză a fost observată doar în aproape 1 din 2.000 de ejecții de masă coronală ale soarelui nostru.

„Steaua se comportă ca o găleată de plasmă extrem de magnetizată și clocotită. Această erupție este de 10 până la 100 de mii de ori mai puternică decât cea mai puternică pe care o poate produce soarele. Acest lucru deschide o fereastră către vremea spațială extrasolară”, a declarat prin e-mail coautorul studiului Cyril Tasse, cercetător la Observatorul din Paris.

Viteza și densitatea materialului lansat de stea au fost de ajuns pentru înlătura în întregime atmosfera unei planete situate pe o orbită apropiată. Este importantă înțelegerea felului în care aceste fenomene agresive ale stelelor afectează exoplanetele, întrucât astrofizicienii încearcă să afle dacă vreo planetă dincolo de sistemul nostru solar ar putea fi locuibilă.

Particularitățile furtunilor solare

Ejecțiile de masă coronală emană un val de unde radio după ce sunt lansate în spațiu de o stea, în vreme ce trec prin atmosfera externă a stelei, numită coroană.

„Sunt rafale puternice de vânt stelar care se deplasează mai repede decât viteza sunetului în spațiul interplanetar din jur, creând un val de șoc comparabil cu bangul sonic al unui avion de vânătoare”, a declarat Mark Miesch, cercetător la Centrul de Predicție a Vremii Spațiale din cadrul NOAA. Omul de știință nu a participat la acest studiu.

Astronomii au depistat semnalul radio utilizând un nou software analitic pentru a studia detalii ale cercetării cerului, realizate de telescopul radio LOFAR (Low Frequency Array) acum aproximativ 10 ani. LOFAR este constituit din mii de antene în Olanda și pe întreg continentul european, formând împreună un singur telescop radio de mari dimensiuni.

„Un astfel de semnal radio nu ar exista dacă materialul nu ar fi părăsit complet bula stelei, dominată de un câmp magnetic puternic. Cu alte cuvinte, este cauzat de o CME”, a precizat autorul principal, dr. Joe Callingham, profesor asociat la Institutul Anton Pannekoek pentru Astronomie din Amsterdam.

Tasse, împreună cu coautorul Philippe Zarka, cercetător principal la Observatorul din Paris, au pus bazele unei noi metode de analiză, numită Spectroscopie Radio Interferometrică Multiplexată (RIMS). Aceasta funcționează pe baza unor lungimi de undă capturate de la mii de stele pentru a le observa cum se schimbă în timp.

„Ideea a fost să încercăm să detectăm semnale radio de la stele și exoplanete. Aceasta este o tehnică ideală pentru CME-uri, care evoluează în intervale de minute, deci ai nevoie de monitorizare continuă, cu rezoluție temporală foarte mare”, a susținut Tasse.

Semnalul depistat de RIMS a fost un impuls (burst) radio de tip II, presupunând că un gaz fierbinte era măturat în spațiu, departe de stea. Potrivit lui Callingham, un asemenea impuls radio de tip II are doar o durată de câteva minute, comparativ cu exploziile radio rapide (fast radio bursts).

„Forma semnalului encodează densitatea materialului pe măsură ce CME-ul se deplasează spre exterior. Astfel, din semnalul radio putem deduce nu doar că steaua a pierdut masă, ci și parametri fizici precum densitatea”, a mai spus Callingham.

Cercetătorii au utilizat date de la misiunea XMM-Newton a Agenției Spațiale Europene, lansată în 1999, pentru a determina rotația, temperatura și luminozitatea stelei în raze X.

„Am avut nevoie de sensibilitatea și frecvența LOFAR pentru a detecta undele radio. Și fără XMM-Newton, nu am fi putut determina mișcarea CME-ului sau să-l plasăm în context solar — ambele fiind cruciale pentru a demonstra ceea ce am descoperit. Niciun telescop singur nu ar fi fost suficient — am avut nevoie de ambele”, a explicat David Konijn, doctorand la Institutul Olandez pentru Astronomie Radio.

Potrivit cercetătorului, depistarea exploziilor stelare a fost grea pentru că sunt departe pentru a fi observate direct. Inițial, au existat indicii, însă acestea puteau fi explicate de alte fenomene, precum erupții puternice.

„Dovezile anterioare se refereau în principal la etapele timpurii ale evenimentului, când plasma se ridică de pe stea”, a declarat Miesch.

Căutând semne de viață

Potrivit lui Callingham, stelele pitici roșii pot avea câmpuri magnetice de peste 1.000 de ori mai puternice decât cel al soarelui nostru. StKM 1-1262 are o masă de două ori mai mică față de cea a soarelui, însă se rotește de 20 de ori mai repede și are un câmp magnetic aproximat a fi de 300 de ori mai puternic.

Cercetătorii depistează frecvent exoplanete orbitând aceste stele, mai slabe și mai recei decât soarele, la distanțe mult mai mici — uneori finalizând o orbită în doar câteva zile.

Deoarece stelele pitice roșii au o luminozitate mai redusă, zona locuibilă ar fi mult mai apropiată de stea, ceea ce presupune că planetele sunt mult mai apropiate între ele și de stea. Totuși, oamenii de știință s-au întrebat mult timp dacă exploziile stelare ar putea lovi planetele cu radiații periculoase. Dacă o planetă are apă lichidă la suprafață, ceea ce presupune că planeta este locuibilă, artunci are și o atmosferă protectoare.

Deocamdată, nu se știe dacă există planete în jurul lui StKM 1-1262, dar aproape fiecare pitică roșie cunoscută găzduiește minim o planetă.

„Câmpul magnetic protector al Pământului nu ar rezista presiunii unei astfel de CME, ceea ce ar expune atmosfera direct la particule și ar duce la îndepărtarea ei. Așa că, chiar dacă planeta s-ar afla în zona locuibilă, atmosfera ei ar dispărea rapid, lăsând în urmă o stâncă sterilă (similar cu Marte)”, a spus Callingham.

Oamenii de știință doresc să înțeleagă cum reușesc stelele atât de mici să genereze și să emane energii atât de mari — și ce impact ar putea avea erupțiile frecvente asupra planetelor apropiate.

Programul Square Kilometre Array, care ar trebui să fie terminat în anul 2028, va include mii de antene și până la un milion de receptoare de frecvență joasă, formând cel mai mare telescop radio din lume, capabil să caute CME-uri provenite de la alte stele.

„Acesta este doar începutul și, sperăm, un gust din ceea ce va urma. Sperăm că acest lucru va inspira studii suplimentare pentru a verifica ceea ce credem că am descoperit și pentru a caracteriza frecvența unor astfel de evenimente”, a susținut Miesch.