Симуляция на суперкомпьютере опровергла 45-летнюю теорию о смене режима вращения звезд
Исследователи из Университета Нагои в Японии провели наиболее детализированную на сегодняшний день симуляцию внутреннего строения звезд и опровергли теорию, в которую ученые верили на протяжении 45 лет. Согласно этой теории, звезды по мере старения должны менять характер своего вращения: если молодые светила вращаются быстрее на экваторе, то у старых звезд полюса должны вращаться быстрее экватора. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, демонстрирует, что смена режима вращения может не происходить вовсе, и звезды на протяжении всей своей жизни сохраняют вращение по солнечному типу.
Солнце, как и другие звезды солнечного типа, не является твердым телом, а состоит из раскаленного газа, поэтому разные его части вращаются с разной скоростью. Экватор Солнца совершает полный оборот примерно за 25 дней, в то время как полюсам на это требуется около 35 дней. Ученые предполагали, что замедление вращения звезды, которое неизбежно происходит на протяжении миллиардов лет, должно изменить характер потоков газа внутри нее и привести к переключению на противоположный режим. Однако этот прогноз оказался ошибочным.
Благодаря использованию мощнейшего японского суперкомпьютера Fugaku, исследователи смогли разделить модель звезды на 5,4 миллиарда расчетных точек, что позволило добиться беспрецедентного разрешения. Предыдущие симуляции проводились с более низким разрешением, из-за чего в них искусственно исчезали магнитные поля, и их роль в формировании картины вращения считалась незначительной. Высокое разрешение новой модели позволило магнитным полям сохраниться, и они сыграли ключевую роль.
«Мы обнаружили, что два процесса — турбулентность и магнетизм — удерживают экватор вращающимся быстрее полюсов на протяжении всей жизни звезды, а не только в ее молодости, — объясняет соавтор исследования, профессор Хидэюки Хотта из Института исследований окружающей среды космического пространства Университета Нагои. — Таким образом, хотя звезды действительно замедляются, смена режима вращения не происходит, потому что магнитные поля, упущенные в предыдущих симуляциях, этому препятствуют».
Моделирование также показало, что магнитные поля звезд непрерывно ослабевают на протяжении всей их жизни и не усиливаются в старости, вопреки более ранним теориям, которые предсказывали их возрождение при смене режима вращения. Новые результаты идеально согласуются с многолетними астрономическими наблюдениями, которые фиксировали отсутствие «антисолнечного» вращения у медленно вращающихся звезд, но не могли дать этому теоретического объяснения. «Симуляция почти идеально воспроизводит наблюдаемый характер вращения Солнца. Когда мы применяем ее к звездам с более медленным вращением, она также соответствует астрономическим наблюдениям и не показывает антисолнечного вращения», — пояснил соавтор работы Йошики Хатта.
Это процессов, происходящих в недрах звезд, поможет ученым в разгадке других звездных тайн, таких как 11-летний цикл солнечной активности, а также позволит точнее прогнозировать, как магнитная активность влияет на пригодность планет для жизни на протяжении миллиардов лет и улучшить модели эволюции звезд.