У нашего Солнца со временем постепенно уменьшается полный угловой момент: вещество с поверхности светила уносится солнечным ветром, а взаимодействие магнитного поля с потоком плазмы эффективно «тормозит» вращение. Но для звезд других масс и возрастов картина оказалась гораздо сложнее, чем можно было предположить.
Благодаря астеросейсмологии — методу, который по колебаниям звезды позволяет судить о ее внутренней структуре и вращении, — астрономы получили огромный массив данных по внутренним скоростям вращения и магнитным полям звезд. Выяснилось, что процесс замедления реальных звезд гораздо сложнее, чем предсказывают стандартные модели.
Команда специалистов Киотского университета под руководством Реты Симады решила «заглянуть» прямо внутрь массивной звезды с помощью трехмерных численных расчетов. Астрофизики использовали 3D‑магнитогидродинамические (МГД) симуляции звезды на поздней стадии жизни — перед коллапсом ядра. В таких объектах, как и в нашем Солнце, есть зоны конвекции, где вещество звезды бурно «кипит», перенося энергию от центра к поверхности.
Ученые показали, что внутри массивной звезды магнитное поле и вращение совместно эволюционируют по механизму, похожему на работу солнечного динамо — процесса, который поддерживает магнитное поле Солнца. Сильная конвекция, вращение и магнитные линии тесно переплетены: движения плазмы усиливают и «закручивают» поле, а оно в ответ меняет характер потоков и перенос углового момента.
Симуляции показали, что на сравнительно коротких временах скорость и направление конвективных потоков чувствительны к конфигурации магнитного поля и вращению. Это, в свою очередь, может как замедлять, так и — что стало для ученых неожиданностью — ускорять вращение ядра. Авторы работы сумели описать все это в виде модели радиального переноса углового момента — наружу и внутрь звезды. Ключевым параметром оказалась геометрия магнитного поля на поздних стадиях термоядерного горения.
«Мы были удивлены, обнаружив, что некоторые конфигурации магнитного поля не тормозят, а наоборот, фактически раскручивают ядро, — отмечает соавтор исследования Люси МакНил. — Это значит, что конечная скорость вращения является уникальной и непосредственно зависит от свойств конкретной звезды. Для некоторых классов массивных звезд медленное вращение может быть просто невозможным».
Главным выводом работы стало то, что механизм магнитного переноса углового момента, знакомый нам по моделям солнцеподобных звезд, может быть гораздо более универсальным и действовать и в массивных светилах на финальных стадиях жизни. Это важно не только для понимания эволюции вращения, но и для прогнозирования свойств компактных остатков — нейтронных звезд и черных дыр, чьи скорости вращения влияют на вспышки сверхновых, гамма‑всплески и гравитационно‑волновые сигналы.
Теперь ученые собираются встроить полученные результаты в полноценные модели эволюции звезд разных масс от рождения до смерти. Это позволит предсказывать, как меняется вращение светил на всех этапах их жизни и какие характеристики будут у образующихся в итоге компактных объектов.
Ранее ученые услышали глубоко под льдом Антарктиды странный космический шепот.
Источник: hi-tech.mail.ru