Las superllamaradas son explosiones muy fuertes que se observan en estrellas con energías hasta diez mil veces superiores a las de las típicas erupciones solares . Las estrellas de esta clase satisfacen condiciones que deberían convertirlas en análogas solares y se esperaría que fueran estables en escalas de tiempo muy largas. Los nueve candidatos originales fueron detectados mediante diversos métodos. Ningún estudio sistemático fue posible hasta el lanzamiento del telescopio espacial Kepler , que monitoreó durante un período prolongado un gran número de estrellas de tipo solar con una precisión muy alta. Esto demostró que una pequeña proporción de estrellas tenía estallidos violentos. En muchos casos hubo múltiples eventos en la misma estrella. Las estrellas más jóvenes tenían más probabilidades de estallar que las viejas, pero se observaron eventos fuertes en estrellas tan antiguas como el Sol.
Las llamaradas se explicaron inicialmente postulando planetas gigantes en órbitas muy cercanas, de modo que los campos magnéticos de la estrella y el planeta estaban vinculados. La órbita del planeta deformaría las líneas de campo hasta que la inestabilidad liberaría energía del campo magnético en forma de llamarada. Sin embargo, ningún planeta de este tipo ha aparecido en tránsito de Kepler y esta teoría ha sido abandonada.
Todas las estrellas superllamadas muestran variaciones de brillo casi periódicas interpretadas como manchas estelares muy grandes arrastradas por la rotación. Los estudios espectroscópicos encontraron líneas espectrales que eran indicadores claros de la actividad cromosférica asociada con campos magnéticos fuertes y extensos. Esto sugiere que las superllamaradas sólo difieren en escala de las erupciones solares.
Se han hecho intentos de detectar superllamaradas solares pasadas a partir de concentraciones de nitrato en el hielo polar , de observaciones históricas de auroras y de aquellos isótopos radiactivos que pueden ser producidos por partículas energéticas solares . Aunque se han encontrado tres eventos y algunos candidatos en los registros de carbono 14 en los anillos de los árboles, no es posible asociarlos definitivamente con eventos de superllamaradas.
Las superllamaradas solares tendrían efectos drásticos, especialmente si ocurrieran como eventos múltiples. Dado que pueden ocurrir en estrellas de la misma edad, masa y composición que el Sol, esto no se puede descartar, pero no se han encontrado indicios de superllamaraciones solares durante los últimos diez milenios. Sin embargo, las estrellas superfulgurantes de tipo solar son muy raras y magnéticamente mucho más activas que el Sol; Si se producen superllamaradas solares, pueden ser en episodios bien definidos que ocupan una pequeña fracción de su tiempo.
No es lo mismo una estrella superflare que una estrella flare , que suele referirse a una enana roja de tipo espectral muy tardío . El término se restringe a grandes eventos transitorios en estrellas que satisfacen las siguientes condiciones: [1]
En esencia, estas estrellas pueden considerarse análogas al sol. Originalmente se encontraron nueve estrellas superfulgurantes, algunas de ellas similares al Sol .
El artículo original identificó nueve objetos candidatos a partir de una búsqueda bibliográfica: [1]
Tipo proporciona la clasificación espectral, incluido el tipo espectral y la clase de luminosidad.
V (mag) significa la magnitud visual aparente normal de la estrella.
EW(He) es el ancho equivalente de la línea 5875,6Å He I D3 vista en emisión.
Las observaciones varían para cada objeto. Algunas son mediciones de rayos X, otras son visuales, fotográficas, espectroscópicas o fotométricas. Las energías de los eventos varían de 2 × 10 33 a 2 × 10 38 ergios.
La nave espacial Kepler es un observatorio espacial diseñado para encontrar planetas mediante el método de tránsitos . Un fotómetro controla continuamente el brillo de 150.000 estrellas en una zona fija del cielo (en las constelaciones de Cygnus, Lyra y Draco) para detectar cambios de brillo provocados por los planetas que pasan por delante del disco estelar. Más de 90.000 son estrellas de tipo G (similares al Sol) en la secuencia principal o cerca de ella. El área observada corresponde aproximadamente al 0,25% de todo el cielo. El fotómetro es sensible a longitudes de onda de 400 a 865 nm: todo el espectro visible y parte del infrarrojo. La precisión fotométrica lograda por Kepler suele ser del 0,01% (0,1 mmag) para tiempos de integración de 30 minutos de estrellas de magnitud 12.
La alta precisión, la gran cantidad de estrellas observadas y el largo período de observación hacen que Kepler sea ideal para detectar superllamaradas. Los estudios publicados en 2012 y 2013 involucraron 83.000 estrellas durante un período de 500 días (gran parte del análisis de datos se llevó a cabo con la ayuda de cinco estudiantes universitarios de primer año). [2] [3] [4] Las estrellas fueron seleccionadas del Catálogo de entrada de Kepler para tener Teff , la temperatura efectiva , entre 5100 y 6000 K (el valor solar es 5750 K) para encontrar estrellas de clase espectral similar al Sol. , y el registro de gravedad superficial g > 4,0 para eliminar gigantes y subgigantes. Las clases espectrales van desde F8 hasta G8. El tiempo de integración fue de 30 minutos en el estudio original. Los estudios encontraron 1.547 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. Las llamaradas de luz blanca en el Sol cambian el brillo en aproximadamente un 0,01%, y las llamaradas más fuertes tienen una energía de luz visible de aproximadamente 10 32 ergios. (Todas las energías citadas están en el paso de banda óptica y, por lo tanto, son límites inferiores, ya que parte de la energía se emite en otras longitudes de onda). La mayoría de los eventos fueron mucho menos energéticos que este: amplitudes de llamaradas por debajo del 0,1% del valor estelar y energías de 2 × 10 33 ergios. fueron detectables con la integración de 30 minutos. Las llamaradas tuvieron un rápido aumento seguido de una disminución exponencial en una escala de tiempo de 1 a 3 horas. Los eventos más poderosos correspondieron a energías diez mil veces mayores que las mayores llamaradas observadas en el Sol. Algunas estrellas brillaban con mucha frecuencia: una estrella mostró 57 eventos en 500 días, a razón de uno cada nueve días. Para las estadísticas de erupciones, el número de erupciones disminuyó con energía E aproximadamente como E −2 , un comportamiento similar al de las erupciones solares. La duración de la llamarada aumentó con su energía, también de acuerdo con el comportamiento solar.
Algunos datos de Kepler se toman en un muestreo de un minuto, aunque inevitablemente con menor precisión. [5] El uso de estos datos, en una muestra más pequeña de estrellas, revela llamaradas que son demasiado breves para una detección confiable con integraciones de 30 minutos, lo que permite la detección de eventos tan bajos como 10 32 ergios, comparables con las llamaradas más brillantes del Sol. La frecuencia de aparición en función de la energía sigue siendo una ley de potencia E −n cuando se extiende a energías más bajas, con n alrededor de 1,5. En esta resolución, algunas superllamaradas muestran múltiples picos con separaciones de 100 a 1000 segundos, nuevamente comparables a las pulsaciones de las erupciones solares. La estrella KIC 9655129 mostró dos períodos, de 78 y 32 minutos, lo que sugiere oscilaciones magnetohidrodinámicas en la región de la llamarada. [6] Estas observaciones sugieren que las superllamaradas son diferentes sólo en escala y no en tipo de las erupciones solares.
Las estrellas superllamadas muestran una variación de brillo casi periódica, que se interpreta como evidencia de manchas estelares transportadas por la rotación estelar. 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 25 días). En el Sol, el seguimiento radiómetro de los satélites muestra que las grandes manchas solares pueden reducir el brillo hasta un 0,2%. En las estrellas superllamadas, las variaciones de brillo más comunes son del 1 al 2%, aunque pueden llegar al 7-8%, lo que sugiere que el área de las manchas estelares puede ser mucho mayor que cualquier cosa que se encuentre en el Sol. En algunos casos, las variaciones de brillo pueden modelarse mediante sólo una o dos manchas estelares grandes, aunque no todos los casos son tan simples. Las manchas estelares podrían ser grupos de manchas más pequeñas o manchas gigantes individuales.
Las llamaradas son más comunes en estrellas con períodos cortos. Sin embargo, la energía de las llamaradas más grandes no está relacionada con el período de rotación. Las estrellas con variaciones mayores también tienen llamaradas mucho más frecuentes; También existe una tendencia a que tengan llamaradas más energéticas. Se pueden encontrar grandes variaciones incluso en las estrellas que giran más lentamente: una estrella tuvo un período de rotación de 22,7 días y variaciones que implicaron una cobertura puntual del 2,5% de la superficie, más de diez veces mayor que el valor solar máximo. Estimando el tamaño de las manchas estelares a partir de la variación de amplitud y asumiendo valores solares para los campos magnéticos de las manchas (1000 G ), es posible estimar la energía disponible: en todos los casos hay suficiente energía en el campo para alimentar incluso las mayores llamaradas observadas. Esto sugiere que las superllamaradas y las erupciones solares tienen esencialmente el mismo mecanismo.
Para determinar si pueden ocurrir superllamaradas en el Sol, es importante limitar 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 mostrar actividad de superllamaradas que aquellas en el rango solar y aquellas que lo hacen. tienen más llamaradas: la frecuencia de aparición de llamaradas (número por estrella por año) es aproximadamente cinco veces mayor en 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. Cuando las estrellas en erupción se dividen en rotaciones rápidas y lentas, utilizando el período de rotación estimado a partir de las variaciones de brillo, existe una tendencia general entre las estrellas de rotación más rápida (y presumiblemente las más jóvenes) a mostrar una mayor probabilidad de actividad: en particular, las estrellas que giran en menos de 10 días tienen entre 20 y 30 veces más probabilidades de tener actividad. Sin embargo, se encontraron 44 superllamaradas en 19 estrellas con temperaturas similares a las del Sol y períodos superiores a 10 días (de 14.000 estrellas examinadas); Se detectaron cuatro superllamaradas con energías en el rango de 1-5 × 10 33 ergios en estrellas que giran más lentamente que el Sol (de unas 5.000 en la muestra). La distribución de las llamaradas con energía tiene la misma forma para todas las clases de estrellas: aunque las estrellas como el Sol tienen menos probabilidades de fulgurar, tienen la misma proporción de llamaradas muy energéticas que las estrellas más jóvenes y más frías.
Los datos de Kepler también se han utilizado para buscar llamaradas en estrellas de tipos espectrales posteriores a G. Una muestra de 23.253 estrellas con temperatura efectiva T eff inferior a 5150 K y gravedad superficial log g > 4,2, correspondientes a estrellas de la secuencia principal posteriores a K0V, fue examinado en busca de brotes durante un período de 33,5 días. [7] Se identificaron 373 estrellas con llamaradas evidentes. Algunas estrellas tuvieron sólo una llamarada, mientras que otras mostraron hasta quince. Los eventos más fuertes aumentaron el brillo de la estrella entre un 7 y un 8%. Esto no es radicalmente diferente del brillo máximo de las llamaradas en 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 en estas estrellas son menos energéticas. Comparando las dos clases de estrellas estudiadas, parece que las estrellas M brillan con más frecuencia que las estrellas K, pero la duración de cada llamarada tiende a ser más corta. No es posible sacar conclusiones sobre la proporción relativa de estrellas de tipo G y K que muestran superllamaradas, o sobre la frecuencia de las llamaradas en aquellas estrellas que muestran tal actividad, ya que los algoritmos y criterios de detección de llamaradas en los dos estudios son bastante diferentes. .
La mayoría (aunque no todas) de las estrellas K y M muestran las mismas variaciones de brillo cuasi periódicas que las estrellas G. Existe una tendencia a que se produzcan llamaradas más energéticas en estrellas más variables; sin embargo, la frecuencia de las llamaradas sólo está débilmente relacionada con la variabilidad.
Cuando se descubrieron originalmente superllamaradas en estrellas de tipo solar, se sugirió [8] que estas erupciones podrían ser producidas por la interacción del campo magnético de la estrella con el campo magnético de un planeta gigante gaseoso que orbita tan cerca del primario que los campos magnéticos estaban vinculados. La rotación o el movimiento orbital enrollarían los campos magnéticos hasta que una reconfiguración de los campos provocaría una liberación explosiva de energía. Las variables RS Canum Venaticorum son binarias cercanas, con períodos orbitales de entre 1 y 14 días, en los que la primaria es una estrella de secuencia principal de tipo F o G, y con una fuerte actividad cromosférica en todas las fases orbitales. Estos sistemas tienen variaciones de brillo atribuidas a grandes manchas estelares en el primario; algunos muestran grandes llamaradas que se cree que son causadas por reconexión magnética. La compañera está lo suficientemente cerca como para hacer girar la estrella mediante interacciones de mareas.
Sin embargo, un gigante gaseoso no sería lo suficientemente masivo para hacer esto, dejando sin cambios las diversas propiedades mensurables de la estrella (velocidad de rotación, actividad cromosférica). Si el gigante y el primario estuvieran lo suficientemente cerca como para vincular los campos magnéticos, la órbita del planeta envolvería las líneas del campo hasta que la configuración se volviera inestable, seguido de una violenta liberación de energía en forma de llamarada. Kepler descubrió varios gigantes gaseosos que orbitan muy cerca, conocidos como Júpiter calientes ; Los estudios de dos de estos sistemas mostraron variaciones periódicas de la actividad cromosférica del primario sincronizadas con el período del compañero.
Kepler no puede detectar todos los tránsitos planetarios, ya que la órbita planetaria puede estar fuera de la línea de visión de la Tierra. Sin embargo, los Júpiter calientes orbitan tan cerca del primario que la probabilidad de un tránsito es de aproximadamente el 10%. Si las superllamaradas fueran causadas por planetas cercanos, las 279 estrellas descubiertas deberían tener alrededor de 28 compañeras en tránsito; ninguno de ellos mostró realmente evidencia de tránsitos, lo que excluye efectivamente esta explicación.
Los estudios espectroscópicos de las superllamaradas permiten determinar sus propiedades con más detalle, con la esperanza de detectar la causa de las llamaradas. Los primeros estudios se realizaron con el espectrógrafo de alta dispersión del telescopio Subaru en Hawaii. [9] [10] Se han examinado en detalle unas 50 estrellas aparentemente de tipo solar, que según las observaciones de Kepler muestran actividad de superllamaradas. De ellos, sólo 16 mostraron evidencia de ser binarios visuales o espectroscópicos; estos se excluyeron ya que los binarios cercanos suelen estar activos, mientras que en el caso de los binarios visuales existe la posibilidad de que se produzca actividad en el compañero. La espectroscopia permite determinaciones precisas de la temperatura efectiva, la gravedad superficial y la abundancia de elementos más allá del helio (' metalicidad '); la mayoría de las 34 estrellas individuales resultaron ser estrellas de secuencia principal de tipo espectral G y composición similar a la del Sol. Dado que propiedades como la temperatura y la gravedad superficial 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 parecía ser superior a varios cientos de millones de años. Esto es importante ya que se sabe que las estrellas muy jóvenes son mucho más activas. Nueve de las estrellas se ajustaban a la definición más estrecha de tipo solar dada anteriormente, con temperaturas superiores a 5600 K y períodos de rotación superiores a 10 días; algunas tenían períodos superiores a 20 o incluso 30 días. Sólo cinco de los 34 podrían describirse como rotadores rápidos.
Las observaciones de LAMOST se han utilizado para medir la actividad cromosférica de 5.648 estrellas de tipo solar en el campo Kepler, incluidas 48 estrellas superfulgurantes. [11] Estas observaciones muestran que las estrellas superllamadas generalmente se caracterizan por emisiones cromosféricas más grandes que otras estrellas, incluido el Sol. Sin embargo, existen estrellas con superllamaradas con niveles de actividad inferiores o comparables a los del Sol, lo que sugiere que las erupciones solares y las superllamaradas probablemente comparten el mismo origen. El gran conjunto de estrellas de tipo solar incluido en este estudio permite realizar estimaciones detalladas y sólidas de la relación entre la actividad cromosférica y la aparición de superllamaradas.
Todas las estrellas mostraron variaciones de brillo casi periódicas, que van desde el 0,1% hasta casi el 10%, interpretadas como la rotación de grandes manchas estelares. [12] Cuando existen grandes manchas en una estrella, el nivel de actividad de la cromosfera se vuelve alto; en particular, se forman grandes placas cromosféricas alrededor de grupos de manchas solares. Se sabe que las intensidades de ciertas líneas solares y estelares generadas en la cromosfera, particularmente las líneas de calcio ionizado (Ca II) y la línea Hα de hidrógeno, son indicadores de actividad magnética. Las observaciones de las líneas de Ca en estrellas de edad similar a la del Sol muestran incluso variaciones cíclicas que recuerdan al ciclo solar de 11 años. Observando ciertas líneas infrarrojas de Ca II para las 34 estrellas superllamadas 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 campo y actividad.
Aunque las estrellas muestran una clara correlación entre la velocidad de rotación y la actividad, esto no excluye la actividad en estrellas que giran lentamente: incluso estrellas tan lentas como el Sol pueden tener una alta actividad. Todas las estrellas superllamadas observadas tenían más actividad que el Sol, lo que implica campos magnéticos más grandes. También existe una correlación entre la actividad de una estrella y sus variaciones de brillo (y, por tanto, la cobertura de manchas estelares): todas las estrellas con grandes variaciones 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 del 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 almacenada en el campo para dar cuenta incluso de las superllamaradas más grandes. Tanto las observaciones fotométricas como espectroscópicas son consistentes con la teoría de que las superllamaradas se diferencian de las erupciones solares sólo en escala, 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 a las del Sol.
Dado que estrellas aparentemente similares al Sol pueden producir superllamaradas, es natural preguntarse si el Sol mismo puede hacerlo y tratar de encontrar pruebas de que así lo ha hecho 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 de la que hemos observado directamente, produjo exhibiciones aurorales globales que se extendieron cerca del ecuador. [13] Las partículas energéticas pueden producir cambios químicos en la atmósfera, que pueden registrarse permanentemente en el hielo polar. Los protones rápidos generan isótopos distintivos, particularmente carbono-14, que pueden ser absorbidos y preservados por los seres vivos.
Cuando las partículas de energía solar llegan a la atmósfera terrestre, provocan una ionización que crea óxido nítrico (NO) y otras especies reactivas de nitrógeno, que luego precipitan en forma de nitratos. Dado que todas las partículas cargadas de energía son desviadas en mayor o menor medida por el campo geomagnético, entran preferentemente en las latitudes polares; Dado que las latitudes altas también contienen hielo permanente, es natural buscar la firma de nitrato de los eventos de partículas en los núcleos de hielo . Un estudio de un núcleo de hielo de Groenlandia que se remonta al año 1561 d.C. alcanzó resoluciones de 10 a 20 muestras por año, lo que permitió en principio la detección de eventos únicos. Se pueden lograr fechas precisas (dentro de uno o dos años) contando las capas anuales en los núcleos, verificadas mediante la identificación de depósitos asociados con erupciones volcánicas conocidas. El núcleo contenía una variación anual de la concentración de nitrato, acompañada de una serie de "picos" de diferentes amplitudes. El más fuerte de todos los registros data de unas pocas semanas después del evento Carrington de 1859. Sin embargo, otros eventos pueden producir picos de nitrato, incluida la quema de biomasa, que también produce mayores concentraciones de amonio. Un examen de catorce núcleos de hielo de las regiones antártica y ártica mostró grandes picos de nitrato: sin embargo, ninguno de ellos databa de 1859 aparte del ya mencionado, y ese parece ser demasiado reciente después del evento de Carrington y demasiado breve para ser explicado. por esto. Todos estos picos estaban asociados con amonio y otros indicadores químicos de combustión. La conclusión es que las concentraciones de nitrato no pueden utilizarse como indicadores de la actividad solar histórica. [14]
Cuando los protones energéticos entran en la atmósfera, crean isótopos mediante reacciones con los componentes principales; el más importante de ellos es el carbono 14 ( 14 C), que se crea cuando los neutrones secundarios reaccionan con el nitrógeno. El 14 C, que tiene una vida media de 5.730 años, reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono que es absorbido por las plantas; La datación de la madera por su contenido de 14 C fue la base original de la datación por radiocarbono . Si se dispone de madera de edad conocida, el proceso se puede invertir. La medición del contenido de 14 C y el uso de la vida media permiten estimar el contenido cuando se formó la madera. Los anillos de crecimiento de los árboles muestran patrones causados por diversos factores ambientales: la dendrocronología utiliza estos anillos de crecimiento de los árboles, comparados en secuencias superpuestas, para establecer fechas precisas. La aplicación de este método muestra que el 14 C atmosférico efectivamente varía con el tiempo debido a la actividad solar. Esta es la base de la curva de calibración de datación por carbono. También se puede utilizar para detectar cualquier pico de producción causado por erupciones solares, si esas erupciones crean suficientes partículas energéticas para producir un aumento mensurable de 14 C.
Un examen de la curva de calibración, que tiene una resolución temporal de cinco años, mostró tres intervalos en los últimos 3.000 años en los que el 14 C aumentó significativamente. [15] Sobre la base de esto, se examinaron dos cedros japoneses con una resolución de un solo año, y mostraron un aumento del 1,2% en el año 774 d.C. , unas veinte veces mayor de lo esperado de la variación solar normal. Este pico disminuyó constantemente durante los siguientes años. El resultado fue confirmado por estudios del roble alemán, el pino erizo de California, el alerce siberiano y la madera de Kauri de Nueva Zelanda. [16] [17] Todas las determinaciones coincidieron tanto en el tiempo como en la amplitud del efecto. Además, las mediciones de esqueletos de coral del Mar de China Meridional mostraron variaciones sustanciales en 14 C durante unos meses aproximadamente al mismo tiempo; sin embargo, la fecha sólo pudo establecerse dentro de un período de ±14 años alrededor del 783 d.C. [18]
El carbono-14 no es el único isótopo que pueden producir partículas energéticas. El berilio-10 ( 10 Be, vida media de 1,4 millones de años) 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 muestra una variabilidad geográfica extrema; También es más difícil asignar fechas. [19] Sin embargo, se encontró un aumento de 10 Be durante los años 770 en un núcleo de hielo de la Antártida, aunque la señal fue menos llamativa debido a la menor resolución temporal (varios años); Otro aumento menor se observó en Groenlandia. [16] [20] Cuando se compararon los datos de dos sitios en el norte de Groenlandia y uno en la Antártida occidental, todos tomados con una resolución de un año, todos mostraron una señal fuerte: el perfil temporal también coincidió bien con los resultados de 14 C. (dentro de la incertidumbre de la datación de los datos del 10 Be). [21] [22] El cloro-36 ( 36 Cl, vida media de 301 mil años) puede producirse a partir de argón y depositarse en el hielo polar; debido a que el argón es un constituyente atmosférico menor, su abundancia es baja. Los mismos núcleos de hielo que mostraban 10 Be también proporcionaron aumentos de 36 Cl, aunque con una resolución de cinco años era imposible una coincidencia detallada.
También se ha encontrado un segundo evento en 993/4 d.C. en 14 C en los anillos de los árboles, pero con una intensidad menor, [20] y otro evento se encontró en 660 a.C. [23] Este evento también produjo aumentos mensurables en 10 Be y 36 Cl en núcleos de hielo de Groenlandia.
Si se supone que estos eventos son producidos por partículas energéticas de grandes llamaradas, no es fácil estimar la energía de las partículas en la llamarada o compararla con eventos conocidos. El evento de Carrington no aparece en los registros cosmogénicos, como tampoco lo hizo ningún otro evento de partículas grandes que haya sido observado directamente. El flujo de partículas debe estimarse calculando las tasas de producción de radiocarbono y luego modelando el comportamiento del CO 2 una vez que ha entrado en el ciclo del carbono ; la fracción del radiocarbono creado absorbido por los árboles depende en cierta medida de ese ciclo. El espectro energético de partículas de una erupción solar varía considerablemente entre eventos; uno con un espectro "duro", con más protones de alta energía, será más eficiente para producir un aumento de 14 C. La llamarada más poderosa, que también tuvo un espectro duro y que se ha observado instrumentalmente, tuvo lugar en febrero de 1956 (el inicio de las pruebas nucleares oscurece cualquier posible efecto en el registro de 14 C); Se ha estimado que si una sola llamarada fuera responsable del evento 774/5 d.C., tendría que ser entre 25 y 50 veces más poderosa que esto. Una región activa del Sol puede producir varias llamaradas a lo largo de su vida, y los efectos de tal secuencia se agregarían durante el período de un año cubierto por una sola medición de 14 C; sin embargo, el efecto total seguiría siendo diez veces mayor que cualquier cosa observada en un período similar en los tiempos modernos.
Las erupciones solares no son la única posibilidad de producir isótopos cosmogénicos. Inicialmente se propuso un estallido largo o corto de rayos gamma como posible causa del evento AD 774/5. [24] [25] Sin embargo, esta explicación resultó ser muy improbable, y el paradigma actual es que estos eventos son causados por eventos extremos de partículas solares.
Se han realizado varios intentos para encontrar evidencia adicional que respalde la interpretación de las superllamaradas del pico isotópico alrededor del año 774/5 d.C. mediante el estudio de registros históricos. El evento Carrington produjo exhibiciones aurorales hasta el sur del Caribe y Hawaii, correspondientes a una latitud geomagnética de aproximadamente 22°; [26] si el evento de 774/5 correspondiera a una llamarada aún más energética, debería haber habido un evento auroral global.
Usoskin et al. [16] citó referencias a auroras en crónicas chinas de 770 d.C. (dos veces), 773 y 775. También citan una "cruz roja" en el cielo en 773, 774 o 776 d.C. de la Crónica anglosajona ; [27] "escudos inflamados" o "escudos ardiendo con un color rojo" vistos en el cielo sobre Alemania en el año 776 d. C. registrados en los Anales reales de los francos ; "fuego en el cielo" visto en Irlanda en el año 772 d.C.; y una aparición en Alemania en el año 773 d. C. interpretada como jinetes sobre caballos blancos. El aumento de la actividad solar alrededor del aumento de 14 C es confirmado por el registro de auroras chinas del 12 de enero del año 776 d. C., como lo detallan Stephenson et al. [28] Los registros chinos describen más de diez bandas de luces blancas "como la seda extendida" que se extienden a lo largo de ocho constelaciones chinas; La exhibición duró varias horas. Las observaciones, realizadas durante la dinastía Tang , se realizaron desde la capital Chang'an .
Sin embargo, existen varias dificultades al intentar vincular los resultados del 14 C con las crónicas históricas. Las fechas de los anillos de los árboles pueden ser erróneas porque no hay ningún anillo discernible durante un año (clima inusualmente frío) o dos anillos (un segundo crecimiento durante un otoño cálido). Si el clima frío fuera global, después de una gran erupción volcánica, es concebible que los efectos también pudieran ser globales: la fecha aparente de 14 C puede no siempre coincidir con las crónicas.
Para el pico de isótopos en 993/994 d.C. estudiado por Hayakawa et al. [29] Los documentos históricos contemporáneos examinados muestran observaciones agrupadas de auroras a finales de 992, mientras que su relación con el pico isotópico aún está en discusión.
Las superllamaradas parecen estar asociadas con un alto nivel general de actividad magnética. Además de buscar eventos individuales, es posible examinar los registros de isótopos para encontrar el nivel de actividad en el pasado e identificar períodos en los que pudo haber sido mucho más alto que ahora. Las rocas lunares proporcionan un registro que no se ve afectado por los procesos de transporte y blindaje geomagnético. Tanto los rayos cósmicos no solares como los eventos de partículas solares pueden crear isótopos en las rocas, y ambos se ven afectados por la actividad solar. Los rayos cósmicos son mucho más energéticos y penetran más profundamente, y se pueden distinguir de las partículas solares que inciden en las capas exteriores. Se pueden producir varios radioisótopos diferentes con vidas medias muy diferentes; Se puede considerar que la concentración de cada uno representa un promedio del flujo de partículas durante su vida media. Dado que los flujos deben convertirse en concentraciones de isótopos mediante simulaciones, existe aquí una cierta dependencia del modelo. Los datos son consistentes con la opinión de que el flujo de partículas solares energéticas con energías superiores a unas pocas decenas de MeV no ha cambiado durante períodos que oscilan entre cinco mil y cinco millones de años. [30] Por supuesto, no se detectaría un período de actividad intensa en una escala de tiempo corta con respecto a 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 hasta aproximadamente 1900. Aunque la datación por radiocarbono se ha aplicado ya hace 50.000 años, durante las desglaciaciones al comienzo del Holoceno la biosfera y su absorción de carbono cambió dramáticamente, haciendo que la estimación antes de esto fuera poco práctica; Después de aproximadamente 1900, el efecto Suess y las pruebas de bombas nucleares dificultan la interpretación. 10 Las concentraciones de Be en núcleos de hielo polar estratificados proporcionan una medida independiente de la actividad. Ambas medidas concuerdan razonablemente entre sí y con el número de manchas solares de Zurich de los últimos dos siglos. Como comprobación adicional, es posible recuperar el isótopo Titanio-44 ( 44 Ti, vida media 60 años) de los meteoritos; esto proporciona una medición de la actividad que no se ve afectada por cambios en el proceso de transporte o el campo geomagnético. [31] Aunque se limita aproximadamente a los dos últimos siglos, es consistente con todas menos una de las reconstrucciones del siglo XIV y del siglo X a. C. y confirma su validez. Los eventos de llamaradas energéticas discutidos anteriormente son raros; En escalas de tiempo largas (mucho más de un año), el flujo de partículas radiogénicas está dominado por los rayos cósmicos. El interior del Sistema Solar está protegido por el campo magnético general del Sol, que depende en gran medida del tiempo dentro de un ciclo y de la fuerza del ciclo. El resultado es que los momentos de poderosa actividad se manifiestan como disminuciones en las concentraciones de todos estos isótopos. Dado que los rayos cósmicos también están influenciados por el campo geomagnético, las dificultades para reconstruir este campo limitan la precisión de las reconstrucciones.
La reconstrucción de la actividad del 14 C durante los últimos 11.000 años no muestra ningún período significativamente mayor 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.C. En particular, la actividad en el período alrededor del evento de 14 C del año 774 d. C. (promediada durante décadas) fue algo menor que el promedio a largo plazo, mientras que el evento de 993 d. C. coincidió con un pequeño mínimo. Un escrutinio más detallado del período comprendido entre el 731 y el 825 d.C., que combina varios conjuntos de datos de 14 C con resolución de uno y dos años con relatos de auroras y manchas solares, muestra un aumento general de la actividad solar (desde un nivel bajo) después aproximadamente del 733 d.C., hasta alcanzar su nivel más alto después de 757 y permanece alto en los 760 y 770; hubo varias auroras en esta época, e incluso una aurora en latitudes bajas en China.
El efecto de una superllamarada como la que aparentemente se produjo en las nueve estrellas candidatas originales sería catastrófico para la Tierra y causaría graves daños a la atmósfera y a la vida. [ especificar ] [32] [33] Aunque no sería tan poderoso como un estallido de rayos gamma. [34] También dejaría huellas en el Sistema Solar ; el suceso ocurrido en S Fornacis, por ejemplo, implicó un aumento de la luminosidad de las estrellas en un factor de aproximadamente veinte. Thomas Gold sugirió que el vidriado de la superficie superior de ciertas rocas lunares podría ser causado por un estallido solar que implicó un aumento de luminosidad de más de cien veces durante 10 a 100 segundos en algún momento de los últimos 30.000 años. [35] Aparte de los efectos terrestres, esto provocaría el derretimiento local del hielo seguido de una nueva congelación incluso en las lunas de Júpiter. No hay evidencia de que hayan ocurrido superllamaradas de esta escala en el Sistema Solar. [8]
También se han sugerido superllamaradas como una solución a la paradoja del débil Sol joven . [36] [37] [38] [39]
Una estimación basada en los estudios fotométricos originales de Kepler sugirió una frecuencia en estrellas de tipo solar (tipo G temprano y período de rotación de más de 10 días) de una vez cada 800 años para una energía de 10 34 erg y cada 5000 años con 10 35 erg. . [3] El muestreo de un minuto proporcionó estadísticas para llamaradas menos energéticas y dio una frecuencia de una llamarada de energía 10 33 erg cada 500 a 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 del número de estrellas estudiadas con el número de llamaradas observadas. Una extrapolación de las estadísticas empíricas de las erupciones solares a una energía de 10 35 ergios sugiere una frecuencia de una cada 10.000 años.
Sin embargo, esto no coincide con las propiedades conocidas de las estrellas superfulgurantes. Este tipo de estrellas son extremadamente raras en los datos de Kepler; un estudio mostró sólo 279 estrellas de este tipo entre 31.457 estudiadas, una proporción inferior al 1%; para las estrellas más antiguas, esto cayó al 0,25%. [3] Además, aproximadamente la mitad de las estrellas que estaban activas mostraron llamaradas repetidas: una tuvo hasta 57 eventos en 500 días. Concentrándose en las estrellas de tipo solar, las más activas promediaron una llamarada cada 100 días; La frecuencia de superllamaradas en las estrellas más activas similares al Sol es 1.000 veces mayor que la media general de este tipo de estrellas. Esto sugiere que tal comportamiento no está presente durante toda la vida de una estrella, sino que se limita a episodios de actividad extraordinaria. Esto también lo sugiere la clara relación entre la actividad magnética de una estrella y su actividad de superllamarada; en particular, las estrellas superllamadas son mucho más activas (según el área de las manchas estelares) que el Sol.
No hay evidencia de ninguna llamarada mayor que la observada por Carrington en 1859 y la llamarada de noviembre de 2003 en la región activa 10486 (ambas de aproximadamente 4 × 10 32 ergios, o 1/2.000 de las superllamaradas más grandes) en los últimos 200 años. [ cita necesaria ] Aunque eventos más grandes del 14 C registran ca. El año 775 d. C. se identifica inequívocamente como un evento solar, su asociación con la energía de la llamarada no está clara y es poco probable que supere los 10 32 ergios.
Las superllamaradas más energéticas parecen descartadas por consideraciones energéticas del Sol, que sugieren que no es capaz de producir llamaradas de más de 10 34 ergios. [40] Un cálculo de la energía libre en los campos magnéticos en regiones activas que podrían liberarse como llamaradas da un límite superior de alrededor de 3 × 10 32 ergios, lo que sugiere que lo más energético que puede ser una súper llamarada es aproximadamente el del evento Carrington. [41]
Algunas estrellas tienen un campo magnético 5 veces mayor que el del Sol y giran mucho más rápido y, en teoría, podrían tener una llamarada de hasta 10 34 ergios. Esto podría explicar algunas superllamaradas en el extremo inferior del rango. Para ir más allá de esto puede ser necesaria una curva de rotación antisolar, una en la que las regiones polares giren más rápido que las regiones ecuatoriales. [41] [42]