Звезды могут ускорять вращение перед своей гибелью вопреки прежним теориям
Астрономы давно знают, что звезды по мере своей эволюции постепенно замедляют вращение, теряя от ста до тысячи раз от своей первоначальной скорости. Этот процесс хорошо наблюдается на примере Солнца, которое теряет угловой момент из-за солнечного ветра, уносящего вещество с его поверхности. Считается, что ключевую роль в этом играет взаимодействие магнитных полей и потоков плазмы.
Ситуация начала проясняться благодаря развитию астеросейсмологии — метода, позволяющего измерять внутренние колебания звезд и, следовательно, определять их внутреннюю структуру, вращение и магнитные поля. Наблюдения большого числа звезд показали, что существующие теоретические модели не способны полностью объяснить, почему скорость вращения уменьшается настолько значительно с возрастом.
Исследовательская группа из Kyoto University решила разобраться в этой проблеме, сосредоточившись на роли магнитных полей внутри массивных звезд. Ученые вдохновились как данными астеросейсмологии, так и предыдущими трехмерными моделями солнечной конвективной зоны, предполагая, что аналогичные процессы могут происходить и в более массивных светилах на поздних стадиях их жизни.
С помощью трехмерного моделирования исследователи впервые напрямую изучили сложное взаимодействие между турбулентной конвекцией, вращением и магнитными полями внутри массивной звезды. Результаты показали, что внутреннее вращение и магнитное поле эволюционируют совместно, подобно солнечному динамо — механизму, поддерживающему магнитное поле Солнца. Это позволило ученым математически описать, как меняется вращение звезды со временем.
Оказалось, что скорость и направление конвективных потоков могут быстро меняться под влиянием вращения и магнитных полей, что, в свою очередь, влияет на само вращение. В результате звезда может как замедляться, так и, в некоторых случаях, ускоряться. Таким образом, процесс эволюции вращения оказался гораздо более сложным и динамичным, чем считалось ранее.
Исследователи также сформулировали модель переноса углового момента, показывающую, как он может перемещаться как наружу, так и внутрь звезды. Выяснилось, что на поздних стадиях термоядерного горения этот перенос напрямую зависит от геометрии магнитного поля. Неожиданным результатом стало то, что определенные конфигурации магнитного поля способны ускорять вращение ядра звезды, делая конечную скорость вращения уникальной для каждого объекта. Более того, в некоторых классах массивных звезд медленное вращение может оказаться вообще невозможным.
Полученные данные указывают на то, что механизмы переноса углового момента, ранее разработанные для звезд солнечного типа, могут быть универсальными и применимыми к широкому диапазону звездных масс. Это открывает новые перспективы для понимания эволюции звезд и их конечных стадий, включая коллапс ядра и образование компактных объектов.
В дальнейшем команда планирует создать более полные модели эволюции звезд, охватывающие весь их жизненный цикл — от формирования до гибели — чтобы точнее предсказать изменение скорости вращения на разных этапах развития.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal.