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Künstlerische Illustration eines aus der Sonne ausbrechenden Supersturms (Bildnachweis: NASA’s Goddard Space Flight Center/Genna Duberstein)

Energiereiche, starke und heftige Sternexplosionen, so genannte „Superflares“, treten bei Sternen wie der Sonne etwa alle 100 Jahre auf und sind damit weitaus häufiger, als Wissenschaftler bisher angenommen hatten.

Sonneneruptionen, Ausbrüche hochenergetischer Strahlung, können schwerwiegende Auswirkungen auf die Erde haben, mit dem Potenzial, Kommunikationssysteme und die Energieinfrastruktur zu beeinträchtigen.

Sonneneruptionen sind jedoch nur die Spitze des Eisbergs, was die Energieausbrüche betrifft, die Sterne aussenden können. Ein noch extremeres Phänomen ist der „Superflare“, eine Explosion, die zehntausendmal stärker sein kann als eine „typische“ Sonneneruption.

Einer der heftigsten Sonnenstürme, die jemals aufgezeichnet wurden, war das Carrington-Ereignis von 1859. Während dieses Sturms brachen die Telegrafennetze in ganz Europa und Nordamerika zusammen. Besorgniserregend ist, dass das Carrington-Ereignis – so extrem es auch war – nur 1 % der Energie freisetzte, die bei einem Superflare freigesetzt werden kann.

Astronomen wussten zwar von der Existenz dieser beunruhigend starken Sonneneruptionen, doch waren solche Ausbrüche bisher eher selten.

„Superflares bei sonnenähnlichen Sternen treten einmal pro Jahrhundert auf. Das ist 40- bis 50-mal häufiger als bisher angenommen“, sagt Valeriy Vasilyev, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Deutschland, gegenüber kosmischeweiten.de. „Wenn unsere Stichprobe von sonnenähnlichen Sternen repräsentativ für das Verhalten der Sonne ist, ist die Wahrscheinlichkeit, dass unser Stern einen Superflare erzeugt, wesentlich höher als bisher angenommen.

„Alles an dieser Entdeckung war überraschend.“

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Donnerstag (12. Dezember) in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Warum zu den Sternen gehen, um die Sonne zu studieren?

Dieses Jahr war die Sonne besonders turbulent und hat die Erde mit gewöhnlich starken Sonnenstürmen überzogen und mit Polarlichtern daran erinnert, wie heftig unser Stern sein kann. Obwohl Wissenschaftler dieses Verhalten studieren und wertvolle Daten sammeln konnten, stellt dies das Verhalten der Sonne über einen winzigen Bruchteil ihres bisherigen 4,6 Milliarden Jahre langen Lebens dar.

Es gibt Aufzeichnungen über das langfristige Verhalten der Sonne und ihre Ausbrüche, die in prähistorischen Bäumen und im Gletschereis eingeschlossen sind und Tausende von Jahren alt sind. Diese indirekten Methoden sind jedoch nicht in der Lage, uns zu zeigen, wie oft die Sonne einen großen Wutanfall bekommen und einen Superflare ausgelöst hat.

Auf der Suche nach dieser Information wandten sich Wassiljew und seine Kollegen einer Stichprobe von Tausenden anderer Sterne zu, die sie in Bezug auf ihre Sternenklasse und ihr Verhalten als sonnenähnlich einstuften.

„Wir können die Sonne nicht über Tausende von Jahren beobachten“, sagte Sami Solanki, Direktor des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung, in einer Erklärung. „Stattdessen können wir das Verhalten von Tausenden von Sternen, die der Sonne sehr ähnlich sind, über kurze Zeiträume hinweg beobachten. Das hilft uns, abzuschätzen, wie häufig Superflares auftreten.“

Eine Warnung an die Erde

Solarfackeln werden oft von massiven Plasmaauswürfen begleitet, die als koronale Massenauswürfe (CMEs) bezeichnet werden. Wenn große Mengen hochenergetischer Teilchen aus CMEs auf die Erde treffen, erzeugen sie radioaktives Material, das in den geologischen Aufzeichnungen versiegelt ist, was es Wissenschaftlern ermöglicht hat, mindestens fünf extreme Superflare-Ereignisse der Sonne in der Erdgeschichte zu identifizieren. Drei davon ereigneten sich in den letzten 12.000 Jahren, wobei der heftigste offenbar im Jahr 775 n. Chr. auf unseren Planeten traf.

Es ist jedoch nicht ganz klar, wie oft Superflares mit CMEs verbunden sind. Das bedeutet, dass Superflares von der Sonne möglicherweise nicht immer ihre Spuren in den geologischen Aufzeichnungen der Erde hinterlassen und daher möglicherweise unterschätzt wurden. Es bedeutet auch, dass die Auswirkungen von Superflares auf der Erde nicht vollständig vorhersehbar sind.

„Die Auswirkungen von Superflares auf der Erde? Das ist eine gute Frage. Es gibt verschiedene Aspekte zu berücksichtigen“, sagte Vasilyev. „Was sind die möglichen Auswirkungen auf technische Systeme? Wie wirken sich diese Ereignisse auf die Biosphäre aus? Es gibt eine Menge interessanter Fragen zu beantworten.“

Eine Illustration von Superflares, die von den Polen eines sonnenähnlichen Sterns ausbrechen, dem ein erdähnlicher Planet fehlt. (Bildnachweis: Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam/J. Fohlmeister)

Forschungsergebnisse eines anderen Wissenschaftlerteams aus dem Jahr 2018 legen nahe, dass ein Superflare von der Sonne katastrophale Auswirkungen auf die Erdatmosphäre und damit auf das Leben haben könnte.

Im Jahr 2021 stellte ein anderes Forscherteam jedoch fest, dass Superflare tendenziell näher an den Polen der Sterne ausbrechen, was bedeutet, dass bei einem Ausbruch der Sonne mit einem solchen Flare eine gute Chance besteht, dass er die Erde verfehlen würde.

„Ich hoffe, dass diese Studie andere Forscher dazu motivieren wird, die möglichen Auswirkungen solcher extremen Weltraumwetterereignisse genauer zu untersuchen“, so Vasilyev weiter.

Die möglichen Auswirkungen eines Superflare-Ereignisses auf der Erde sind zwar nach wie vor unklar, aber die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass Vorsicht geboten ist.

„Die neuen Daten sind eine deutliche Erinnerung daran, dass selbst die extremsten Sonnenereignisse zum natürlichen Repertoire der Sonne gehören“, sagte Natalie Krivova, ebenfalls vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Das Team wird nun seine Forschungen über Superflare von anderen Sternen und die möglichen Auswirkungen eines solchen Ereignisses in der Nähe der Erde fortsetzen.

„Es gibt mehrere Richtungen, die wir verfolgen“, sagte Vasilyev. „Zum Beispiel untersuchen wir die Auswirkungen solcher Ereignisse auf die Erdatmosphäre und technologische Systeme, verstehen den Zusammenhang zwischen Superflares und extremen solaren Teilchenereignissen und bestimmen die Bedingungen, die notwendig sind, um solche Superflares zu erzeugen.“