Астрофизики выяснили, почему звезды ускоряют или замедляют вращение перед смертью
В процессе жизни звезды замедляют свой ход в сотни и тысячи раз. Например, Солнце вращается медленнее из-за того, что солнечный ветер постоянно уносит вещество с его поверхности. Раньше астрономы думали, что звезды сбавляют скорость, когда магнитные поля сталкиваются с потоками плазмы. Недавно ученые начали применять астеросейсмологию — метод, который определяет, с какой частотой звезда колеблется. Это помогло узнать, как другие звезды в нашей галактике вращаются вокруг своей оси и какие у них магнитные поля. Оказалось, что со временем звезды замедляются гораздо сильнее, чем предсказывали старые теории.
Чтобы найти причину, команда исследователей из Киотского университета объединилась с коллегами из Австралии и Великобритании. Они построили трехмерную модель массивной звезды перед коллапсом ядра. Ученые хотели посмотреть, как повлияют друг на друга конвекция, магнитные поля и вращение вокруг своей оси. Свои выводы они опубликовали в журнале The Astrophysical Journal.
В звездах энергия от раскаленного ядра должна как-то пробиться к поверхности. Конвекция — это процесс перемешивания, при котором горячее вещество (плазма) поднимается из глубин к поверхности звезды, а остывшее опускается обратно к ядру, чтобы снова нагреться. Похожий процесс мы видим, когда кипятим воду в кастрюле: горячая вода бурлит и поднимается со дна, а прохладная уходит вниз. В статье конвекцией называют мощные потоки плазмы внутри звезды, которые влияют на то, как она вращается.
Модель показала, что магнитное поле и внутренний ритм звезды меняются синхронно. Это похоже на солнечное динамо — природный механизм, который создает и поддерживает магнитное поле Солнца. Из-за того, что плазма внутри звезды постоянно движется благодаря конвекции и звезда при этом вращается, потоки заряженных частиц создают электрические токи. Эти токи, в свою очередь, генерируют магнитное поле — подобно тому, как динамо-машина на велосипеде превращает вращение колеса в электричество для фары.
С помощью новых уравнений команда смогла математически рассчитать, как скорость движения внутри звезды будет меняться со временем. Симуляция выявила, что магнитные силы за короткое время меняют скорость и направление конвекции. Из-за этого сама звезда начинает вращаться медленнее или, наоборот, быстрее. Ученые составили модель, которая показывает, как угловой момент уходит от ядра к краям и обратно. На поздних этапах существования звезды, когда внутри светила догорает топливо, момент импульса напрямую зависит от формы магнитного поля.
Выяснилось, что при некоторых формах магнитных линий ядро разгоняется. Получается, что финальная скорость зависит от свойств конкретной звезды. Более того, некоторые массивные звезды в принципе не могут вращаться медленно.
Раньше астрономы считали, что механизмы того, как передается угловой момент, работают только для звезд вроде нашего Солнца. Теперь стало ясно, что эта теория универсальна и подходит для любых светил. В будущем команда планирует смоделировать, как протекает жизнь звезд разной массы. Это поможет точно предсказывать, как быстро они вращаются на каждом этапе своей жизни.
Иллюстрация KyotoU / Lucy McNeill
Самое популярное
