انفجارهای ستاره‌ای عظیم؛ هر قرن فقط یک‌بار!

انفجارهای عظیم ستاره‌ای مشابه خورشید

ستاره‌هایی که مشابه خورشید هستند، به طور متوسط هر صد سال یک بار **انفجار بزرگی** از تابش تولید می‌کنند. این انفجارهای فوق‌العاده انرژی بیشتری از یک تریلیون بمب هیدروژنی آزاد می‌کنند و تمامی انفجارهای خورشیدی که قبلاً ثبت شده‌اند را در مقایسه با خود محو می‌کنند. این برآورد بر اساس فهرستی از 56450 ستاره مشابه خورشید است که یک تیم بین‌المللی از محققان به رهبری مؤسسه ماکس پلانک برای تحقیقات سیستم خورشیدی (MPS) در آلمان، در روز جمعه، 13 دسامبر 2024، در نشریه Science ارائه می‌دهد. این مطالعه نشان می‌دهد که تحقیقات قبلی به طور قابل توجهی پتانسیل انفجاری این ستاره‌ها را دست کم گرفته‌اند.

در داده‌های تلسکوپ فضایی کپلر ناسا، ستاره‌های مشابه خورشید که انفجارهای فوق‌العاده دارند، ده تا صد برابر بیشتر از آنچه که قبلاً تصور می‌شد، یافت می‌شوند. به نظر می‌رسد که خورشید نیز قادر به بروز **انفجارهایی به همین شدت** باشد. هیچ شکی نیست که خورشید یک ستاره پرخاشگر است، همان‌طور که طوفان‌های خورشیدی غیرمعمول قوی امسال این موضوع را ثابت می‌کند. برخی از این طوفان‌ها حتی منجر به بروز شفق‌های شگفت‌انگیز در عرض‌های جغرافیایی پایین شدند. اما آیا ستاره ما می‌تواند حتی خشمگین‌تر شود؟ شواهدی از “خشم” شدید خورشیدی را می‌توان در تنه‌های درختان پیشاتاریخی و نمونه‌های یخ‌های باستانی یافت. با این حال، از این منابع غیرمستقیم نمی‌توان فراوانی انفجارهای فوق‌العاده را تعیین کرد. اندازه‌گیری‌های مستقیم از مقدار تابشی که به زمین از خورشید می‌رسد، تنها از آغاز عصر فضایی در دسترس بوده است.

یادگیری از ستاره‌ها

یک روش دیگر برای یادگیری درباره رفتار بلندمدت خورشید، توجه به ستاره‌ها است، همان‌طور که در این مطالعه جدید انجام شده است. تلسکوپ‌های فضایی مدرن هزاران و هزاران ستاره را مشاهده کرده و نوسانات روشنایی آن‌ها را در نور مرئی ثبت می‌کنند. انفجارهای فوق‌العاده که مقادیر انرژی بیش از یک اکتلیون ژول را در مدت زمان کوتاهی آزاد می‌کنند، در داده‌های مشاهده‌ای به صورت اوج‌های کوتاه و مشخص در روشنایی خود را نشان می‌دهند. پروفسور دکتر سامی سولانکی، مدیر MPS و یکی از نویسندگان این تحقیق، توضیح می‌دهد: “ما نمی‌توانیم خورشید را در طول هزاران سال مشاهده کنیم. اما می‌توانیم رفتار هزاران ستاره بسیار مشابه خورشید را در مدت زمان کوتاه زیر نظر داشته باشیم. این به ما کمک می‌کند تا برآورد کنیم که انفجارهای فوق‌العاده چقدر اتفاق می‌افتند.”

جستجوی خویشاوندان نزدیک خورشید

در این مطالعه، تیمی شامل محققانی از دانشگاه گراز (اتریش)، دانشگاه اوولو (فنلاند)، رصدخانه ملی نجومی ژاپن، دانشگاه کلرادو بولدر (ایالات متحده) و کمیساریای انرژی‌های هسته‌ای و جایگزین پاریس-ساکلای و دانشگاه پاریس-سیتی، داده‌های 56450 ستاره مشابه خورشید را که توسط تلسکوپ فضایی کپلر ناسا بین سال‌های 2009 تا 2013 مشاهده شده‌اند تحلیل کردند. پروفسور دکتر الکساندر شاپیرو از دانشگاه گراز گفت: “به طور کلی، داده‌های کپلر شواهدی از 220000 سال فعالیت ستاره‌ای را به ما ارائه می‌دهند.” انتخاب دقیق ستاره‌ها برای این مطالعه بسیار حیاتی بود. در واقع، ستاره‌های انتخاب شده باید “خویشاوندان” بسیار نزدیکی از خورشید باشند. بنابراین، دانشمندان تنها ستاره‌هایی را پذیرفتند که دما و روشنایی سطح آن‌ها مشابه خورشید باشد. آن‌ها همچنین منابع خطای زیادی مانند تابش کیهانی، سیارک‌ها یا دنباله‌دارهای عبوری و همچنین ستاره‌های غیرمشابه خورشید که ممکن است به طور تصادفی در نزدیکی یک ستاره مشابه خورشید در تصاویر کپلر روشن شوند را رد کردند. برای این کار، تیم به دقت تصاویر هر انفجار فوق‌العاده بالقوه – که تنها چند پیکسل اندازه داشت – را تحلیل کرد و تنها رویدادهایی را شمارش کرد که می‌توانستند به طور قابل اعتماد به یکی از ستاره‌های انتخاب شده نسبت داده شوند.

شناسایی سوپر فلرها در ستاره‌های مشابه خورشید

به این ترتیب، پژوهشگران موفق به شناسایی ۲۸۸۹ سوپر فلر در ۲۵۲۷ از ۵۶۴۵۰ ستاره مشاهده‌شده شدند. این بدان معناست که به‌طور میانگین، هر ستاره مشابه خورشید تقریباً یک بار در هر قرن سوپر فلر تولید می‌کند. دکتر آلن ساشا برون، نویسنده همکار از کمیساریای انرژی‌های اتمی و جایگزین پاریس-ساکلای و دانشگاه پاریس-سیتی، گفت: “محاسبات دینامو با عملکرد بالا در این ستاره‌های مشابه خورشید به‌راحتی منشأ مغناطیسی آزادسازی شدید انرژی در چنین سوپر فلرهایی را توضیح می‌دهد.”

فراوانی غیرمنتظره

دکتر والری واسیلیف، نویسنده اصلی از MPS، گفت: “ما بسیار شگفت‌زده شدیم که ستاره‌های مشابه خورشید به چنین سوپر فلرهای مکرر مستعد هستند.” پیش‌تر، بررسی‌های انجام‌شده توسط گروه‌های تحقیقاتی دیگر، فواصل میانگین هزار یا حتی ده هزار سال را پیدا کرده بودند. با این حال، مطالعات قبلی نتوانسته بودند منبع دقیق سوپر فلرهای مشاهده‌شده را تعیین کنند و بنابراین مجبور بودند به ستاره‌هایی که همسایگان نزدیک‌تری در تصاویر تلسکوپ نداشتند، محدود شوند. مطالعه کنونی دقیق‌ترین و حساس‌ترین تحقیق تا به امروز است.

مطالعاتی که به دنبال شواهدی از طوفان‌های خورشیدی خشن بر روی زمین بودند، همچنین فواصل زمانی طولانی‌تری را بین رویدادهای شدید خورشیدی پیشنهاد کرده‌اند. زمانی که جریان بالایی از ذرات پرانرژی از خورشید به جو زمین می‌رسد، مقدار قابل تشخیصی از اتم‌های رادیواکتیو مانند ایزوتوپ کربن رادیواکتیو ۱۴C تولید می‌شود. این اتم‌ها سپس در آرشیوهای طبیعی مانند حلقه‌های درخت و یخ‌های یخچالی رسوب می‌کنند. حتی هزاران سال بعد، ورود ناگهانی ذرات خورشیدی با انرژی بالا می‌تواند با اندازه‌گیری مقدار ۱۴C با استفاده از فناوری‌های مدرن استنباط شود.

شناسایی رویدادهای ذرات خورشیدی شدید

به این ترتیب، پژوهشگران توانستند پنج رویداد شدید ذرات خورشیدی و سه کاندیدا را در دوازده هزار سال گذشته هولوسن شناسایی کنند که منجر به نرخ وقوع میانگین یک بار در هر ۱۵۰۰ سال شد. به‌باور کارشناسان، شدیدترین این رویدادها در سال ۷۷۵ میلادی رخ داده است. با این حال، احتمالاً رویدادهای ذرات خشن بیشتری و همچنین سوپر فلرهای بیشتری در گذشته بر روی خورشید رخ داده است. پروفسور ایلیا اوسوسکین، نویسنده همکار از دانشگاه اوئلو در فنلاند، اشاره کرد: “مشخص نیست که آیا سوپر فلرهای عظیم همیشه با فوران‌های جرم تاجی همراه هستند و رابطه بین سوپر فلرها و رویدادهای شدید ذرات خورشیدی چیست. این نیاز به تحقیقات بیشتری دارد.”

پیش‌بینی وضعیت خطرناک فضایی

مطالعه جدید زمان دقیق بروز بعدی سوپر فلر را فاش نمی‌کند. با این حال، نتایج آن احتیاط را ضروری می‌سازد. دکتر ناتالی کریوا، نویسنده همکار از MPS، گفت: “داده‌های جدید یادآوری واضحی هستند که حتی شدیدترین رویدادهای خورشیدی بخشی از برنامه طبیعی خورشید هستند.” در رویداد کارینگتون در سال ۱۸۵۹، یکی از خشن‌ترین طوفان‌های خورشیدی در ۲۰۰ سال گذشته، شبکه تلگراف در بخش‌های بزرگی از شمال اروپا و آمریکای شمالی فروپاشید. برآوردها نشان می‌دهد که سوپر فلر مربوطه تنها یک صدم انرژی یک سوپر فلر را آزاد کرد. امروزه، علاوه بر زیرساخت‌های سطح زمین، به‌ویژه ماهواره‌ها نیز در معرض خطر هستند. بنابراین، مهم‌ترین آمادگی برای طوفان‌های خورشیدی شدید، پیش‌بینی قابل اعتماد و به‌موقع است. به‌عنوان احتیاط، می‌توان ماهواره‌ها را خاموش کرد.

از سال ۲۰۳۱، کاوشگر فضایی وژیلس آژانس فضایی اروپا (ESA) در تلاش برای پیش‌بینی به این موضوع کمک خواهد کرد. از موقعیت مشاهده‌اش در فضا، این کاوشگر به خورشید از کنار نگاه می‌کند و زودتر از کاوشگرهای زمینی متوجه می‌شود که چه فرآیندهایی ممکن است وضعیت خطرناک فضایی را بر روی ستاره ما ایجاد کنند. MPS در حال حاضر در حال توسعه تصویربردار قطبی و مغناطیسی برای این مأموریت است.