Superlares: Ursprung und Zusammenhang mit Planeten

Unsere Sonne ist ein gewöhnlicher Stern, der von Zeit zu Zeit eine veränderliche Strahlungs- und Plasma-Umgebung zeigt. Diese Änderungen werden üblicherweise durch eine sich stetig in Bewegung befindliche Oberfläche und das Magnetfeld erzeugt. Deswegen zeigt die Sonne Strahlungs- (Flares) und Plasma-Ausbrüche (CMEs). Diese Ausbrüche wechselwirken mit dem Erdmagnetfeld und verursachen Nordlichter, und können auch Satelliten und Elektrizitätswerke beschädigen. Erst kürzlich hat man herausgefunden, daß es sonnenähnliche Sterne gibt, die sogenannte Superflares zeigen, die viel energiereicher als Flares auf der Sonne sind. Aber auch auf der Sonne wurde ein solcher Superflare entdeckt, nämlich der erste überhaupt vom Menschen detektierte Flare in der Mitte des 19. Jahrhunderts. Superflares können schwerwiegende Konsequenzen für Planeten haben, die um Superflare-Sterne kreisen, vor allem, wenn diese sehr häufig auftreten; solche Sterne sind erst kürzlich entdeckt worden. In diesem Projekt versuchen wir, Superflares und deren Auswirkung auf Planeten besser zu verstehen. Um dieses Projekt umzusetzen, benötigen wir neben photometrischen (Bilder) auch spektroskopische Beobachtungen, die Aufschluß über die Energieverteilung des Sternenlichts geben. Somit können wir Parameter wie Temperatur und Energie von Superflares bestimmen. Unter der Hinzunahme von Modellen können wir auch herausfinden, von wo die Superflare-Strahlung kommt, von den sogenannten Fußpunkten, die sich auf der Sternoberfläche befinden, oder den Flare-Loops, die höher über der Sternoberfläche stehen. Wir untersuchen auch den Ursprung von Superflares, d.h. ob Superflares ein rein stellares Phänomen sind, oder ob Planeten diese auslösen können. Deswegen beobachten wir Superflare-Sterne mit und ohne Planeten. Weiters wollen wir noch herausfinden, inwieweit sich Atmosphären von Planeten verhalten, die häufig von Superflares getroffen werden. Zu diesem Zweck verwenden wir Transmissions-Spektroskopie, womit das Sternenlicht, das durch die Planetenatmosphäre fällt, untersucht wird, um deren Zusammensetzung zu erforschen. Für die Beobachtungen der Sterne in der nördlichen Hemisphäre verwenden wir das 2m Schmidt Teleskop des astronomischen Instituts in Ondrejov der tschechischen Akademie der Wissenschaften, für die südliche Hemisphäre verwenden wir das renovierte ESO 1.5m Teleskop, das sich in La Silla, am Rande der Atacama Wüste befindet und durch das PlatoSpec Konsortium betrieben wird (ein Konsortium zur bodengebundenen Unterstützung von Exoplaneten-Weltraummissionen). In diesem bilateralen Projekt verbinden wir die Expertise der tschechischen (Astronomisches Institut, tschechische Akademie der Wissenschaften, Tschechien) und der österreichischen (Institut für Physik, IGAM, Universität Graz) Seite, um die offenen wissenschaftliche Fragen in Bezug auf Superflares und deren Einfluß auf Planeten zu beantworten.

Superflares sind Strahlungsausbrüche (sog. Flares), die weit energetischer sind als die stärksten Strahlungsausbrüche auf unserer heutigen Sonne. Selbst der bekannte Carrington-Event, der erste beobachtete Flare auf der Sonne, erreichte nicht derartige Energien. In den letzten Jahren wurden eine Vielzahl an Superflares in Daten der Kepler und TESS Missionen auf sonnenähnlichen Sternen gefunden. Die Entstehung von Superflares wird in der Literatur noch immer diskutiert, entweder werden sie aus rein magnetischer stellarer Energie erzeugt oder durch nahe um den Stern kreisende massive Begleiter getriggert. Relevant sind Superflares auch, weil sie Auswirkungen auf junge extra-solare Planetensysteme haben. Ziel dieses Projektes war es, hier einen Beitrag zur Beantwortung dieser offenen Fragen zu leisten. An einem der ersten Teleskope der europäischen Südsternwarte in La Silla, Chile, dem ESO 1.52m Teleskop des PLATOSpec Konsortiums zusammen mit dem Spektrographen Pucheros+ wurden spektroskopische Daten zur Beantwortung dieser Fragen gesammelt. Als Zielobjekte wurden Sterne ausgewählt, die die höchsten Flareraten in Lichtkurven des TESS Satelliten gezeigt haben, u.a. AU Microscopii, CC Eridani und LQ Hydrae. Alle diese Sterne zeigten Superflares in den Beobachtungen und so konnten erstmals Superflare-Spektren von mehreren Superflares auf unterschiedlichen Sterntypen untersucht werden. Auch normale Flares wurden detektiert, und somit konnte verglichen werden, ob sich Superflares spektroskopisch von normalen Flares unterscheiden. Je energetischer Flares und Superflares werden, desto mehr Spektrallinien sind betroffen. Daraus schließen wir, daß der Produktionsmechanismus von Superflares denen von Flares ähnelt, und sie deswegen aufgrund magnetischer Energie des Sterns selbst entstehen. Das schließt aber nicht aus, daß noch energetischere Superflares, die wir in unseren Daten nicht detektiert haben, doch einen anderen Produktionsmechanismus haben können. Weiters schließt dies auch nicht aus, daß einzelne Superflares durch nahe Exoplaneten getriggert werden können. Weiters wurde untersucht, inwieweit Flares und Superflares in Zusammenhang mit stellaren Flecken stehen. Hier ergab sich ein Zusammenhang für sonnenähnliche G-Sterne, für etwas kühlere K-Sterne war der Zusammenhang undeutlicher, und nicht zu sehen bei den noch kühleren M-Sternen. Auf der anderen Seite zeigten einzelne Sterne verschiedener Spektraltypen eindeutige Zusammenhänge. Dies zeigt, daß nicht zwingend die Häufigkeit von Sternflecken mehr Flares erzeugt, sondern daß einzelne Flecken bzw. Fleckengruppen Eigenschaften besitzen, die zur Erzeugung von Flares/Superflares führen.