Superflares: Extreme Sonnenausbrüche für Exoplaneten und dortiges Leben weniger gefährlich als gedacht
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Potsdam (Deutschland) – Bislang galten extreme Strahlungsausbrüche von Sternen, sogenannte Superflares, als regelrechte Atmosphärenkiller und damit denkbar schlechte Voraussetzung für Leben auf den diese Sterne umkreisen Planeten. Laut einer neu veröffentlichten Studie zeigt nun, dass solche Ausbrüche nur eine begrenzte Gefahr für Planetensysteme darstellen, da sie nicht in Richtung der Exoplaneten explodieren.
Wie das Team um Ekaterina Ilin vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) aktuell im Fachjournal „Monthly Notices oft he Royal Astronomical Society“ (DOI: 10.1093/mnras/stab2159) berichtet, haben die haben Astronominnen und Astronomen mit Hilfe von optischen, zeitaufgelösten Beobachtungen des NASA-Planetensuchers „Transiting Exoplanet Survey Satellite“ (TESS) in Zusammenarbeit mit Forschenden aus den USA und Spanien große Superflares auf jungen, kleinen Sternen mit Temperaturen und Massen niedriger als unsere eigenen Sonne (sog Rote Zwerge) untersucht.
Tatsächlich wurden schon zahlreiche Exoplaneten um diese Art von Sternen entdeckt – auch erdgroße und erdartige Planeten, die ihren Stern innerhalb dessen lebensfreundicher Zone umkreisen. Bei dieser sogenannten habitablen Zone handelt es sich um jene Abstandsregion, innerhalb derer ein Planet seinen Stern umkreisen muss, damit aufgrund gemäßigter bis milder Temperaturen flüssiges Wasser – und dmit die Grundlage zumnidest des irdischen Lebens – existieren kann.
Die Frage ist, ob diese Exoplaneten tatsächlich auch habitabel, also lebensfreundlich sein, denn Rote Zwerge sind deutlich aktiver als unsere Sonne und zeigen häufige und intensive Strahlungsausbrüche. „Diese sogenannten Flares sind magnetische Explosionen in der Atmosphäre von Sternen, die intensive elektromagnetische Strahlung in den Weltraum schleudern“, erläutern die Forschenden und führen dazu weiter aus: „Große Flares sind mit der Aussendung von energiereichen Teilchen verbunden, die Exoplaneten um den ausbrechenden Stern treffen und deren Atmosphären verändern oder sogar zerstören können.“
Hierzu haben Ilin und ihr team nun eine Methode entwickelt, um festzustellen, von wo auf der Oberfläche der Sterne die Flares entspringen. „Wir haben entdeckt, dass extrem große Flares in der Nähe der Pole von Roten Zwergen zünden und nicht an ihrem Äquator, wie es bei der Sonne typischerweise der Fall ist“, sagt Ilin. „Exoplaneten, die sich auf einer Bahn in der Ebene um den Äquator des Sterns bewegen, so wie die Planeten in unserem eigenen Sonnensystem, könnten daher weitgehend vor solchen Superflares geschützt sein, da diese nach oben oder unten aus dem Exoplanetensystem heraus gerichtet sind. Dies könnte die Aussichten für die Habitabilität von Exoplaneten um kleine Rote Zwerge verbessern. Sie wären sonst durch die energetische Strahlung und Teilchen, die mit Flares einhergehen, viel stärker gefährdet als Planeten in unserem Sonnensystem.“
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Im Nachweis der polnahen Flares sehen die Astronominnen und Astronomen ein Beleg dafür, dass sich in der Nähe der Rotationspole von schnell rotierenden Sternen starke und dynamische Konzentrationen stellarer Magnetfelder bilden, die sich als dunkle Flecken und Flares manifestieren können. Die Existenz solcher „polaren Flecken“ wird seit langem durch indirekte Rekonstruktionstechniken wie (Zeeman) Doppler Imaging von Sternoberflächen vermutet, konnte aber bisher nicht direkt nachgewiesen werden.
Dies gelang dem Team nun durch die Analyse von Weißlicht-Flares an schnell rotierenden M-Zwergsternen. Diese dauern lange genug an, um durch ihr Herein- und Herausrotieren auf der Sternoberfläche in ihrer Helligkeit moduliert zu werden. Die Autorinnen und Autoren konnten aus der Form der Lichtkurve direkt auf die geografische Breite der Flares schließen und zeigten außerdem, dass die Nachweismethode für alle Breitengrade gleichmäßig effizient ist. „Ich freue mich besonders, dass wir die Existenz der polaren Flecken bei solchen schnell rotierenden Sternen endlich gut belegen können. In der Zukunft wird uns dies helfen, die Magnetfeldstrukturen dieser Sterne besser zu verstehen“, ergänzt Katja Poppenhäger, Leiterin der Abteilung Sternphysik und Exoplaneten.
In der Folge durchsuchten die Forschenden um Ilin dann das gesamte Archiv der TESS-Beobachtungen nach Sternen, die derart große Flares aufweisen, indem sie die Lichtkurven von über 3.000 Roten Zwergen auswerteten, die insgesamt über 400 Jahren Beobachtungszeit entsprechen. Unter diesen Sternen fanden sie vier, die für die neue Methode geeignet waren. Ihre Ergebnisse zeigen, dass alle vier Flares oberhalb von ∼55 Grad geografischer Breite auftraten, also viel näher am Pol als Eruptionen und -flecken, die bei unserer Sonne normalerweise unterhalb von 30 Grad auftreten. Selbst bei nur vier Flares ist dieses Ergebnis bedeutend: Wären die Flares gleichmäßig über die Sternoberfläche verteilt, würde die Wahrscheinlichkeit, gleich vier von ihnen in solch hohen Breitengraden zu finden, bei 1 zu 1000 liegen. Dies hab nune Auswirkungen auf Modelle der Magnetfelder von Sternen und auf die Habitabilität von Exoplaneten, die sie umkreisen.
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Recherchequelle: Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam
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