Поверхность звезд, подобных нашему Солнцу, представляет собой бурлящий океан раскаленного газа. Хотя это явление хорошо знакомо нам по наблюдениям за Солнцем, до недавнего времени ученым не удавалось детально рассмотреть подобные процессы на поверхности других звезд.
Теперь этот барьер преодолен. Международная группа астрономов впервые в истории получила детальные изображения поверхности звезды, не являющейся Солнцем, на которых можно отчетливо увидеть движение газовых потоков и образование гигантских пузырей. Эти уникальные данные были собраны в июле-августе 2023 года с помощью радиотелескопа ALMA (Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка), расположенного в чилийской пустыне Атакама.
На полученных снимках запечатлена звезда R Doradus — красный гигант, находящийся на расстоянии примерно 180 световых лет от Земли. Астрономы наблюдали, как на ее поверхности формируются и затем погружаются обратно внутрь звезды колоссальные пузыри горячего газа, каждый из которых примерно в 75 раз превышает диаметр нашего Солнца.
Как работает конвекция в звездах
Энергия в звездах рождается в их ядрах в результате термоядерных реакций, где при экстремальных температурах и давлениях происходит слияние атомов. Для того чтобы эта энергия достигла поверхности, необходим эффективный механизм переноса, и одним из ключевых среди них является конвекция.
В процессе конвекции огромные массы перегретого газа поднимаются из глубинных слоев к поверхности звезды. Там они остывают, становятся плотнее и снова опускаются вниз, создавая непрерывный циркуляционный цикл. Этот процесс не только перераспределяет тепло, но и играет решающую роль в перемешивании химических элементов внутри звезды, позволяя таким продуктам синтеза, как углерод и азот, распространяться по всему ее объему.
На иллюстрации показано сравнение конвективных зон Солнца и звезды-гиганта. Обратите внимание: Телескоп Хаббла обнаружил таинственное излучение нейтронной звезды.
Зернистые области на изображении соответствуют внешним конвективным слоям звезд. Предоставлено: ESOЗначение конвекции выходит далеко за пределы внутренней динамики звезды. Она напрямую влияет на формирование звездных ветров — потоков частиц, которые уносят созданные в недрах элементы в межзвездное пространство. Таким образом, конвекция косвенно участвует в химическом обогащении галактики, создавая материал для новых поколений звезд и планет. Несмотря на эту фундаментальную роль, долгое время наблюдать конвективные движения на других звездах, кроме Солнца, было практически невозможно из-за их огромной удаленности.
Прорыв в наблюдениях: R Doradus в деталях
Используя беспрецедентную разрешающую способность телескопа ALMA, ученые смогли детально изучить поверхность красного гиганта R Doradus. Эта звезда, расположенная в созвездии Золотой Рыбы, имеет диаметр примерно в 350 раз больше солнечного, но при этом сравнимую с Солнцем массу. Такие параметры говорят о том, что звезда сильно раздута и находится на завершающих этапах своей эволюции. Ее относительная близость к Земле и огромные размеры сделали ее идеальной мишенью для исследований. Более того, R Doradus служит наглядным примером того, как будет выглядеть наше собственное Солнце через 5 миллиардов лет, когда оно превратится в красного гиганта.
«Конвекция формирует характерную зернистую структуру, которую мы видим на поверхности Солнца, однако разглядеть подобные детали на других звездах было чрезвычайно сложно», — поясняет Тео Хоури, исследователь из Технического университета Чалмерса и соавтор работы. «Благодаря ALMA мы не только прямо увидели конвективные гранулы, превосходящие по размеру Солнце в 75 раз, но и впервые измерили скорость их движения».
На основе данных ALMA была создана анимация, демонстрирующая динамику поверхности R Doradus.
https://new-science.ru/wp-content/uploads/2024/09/85.mp4Наблюдения показали, что гранулы на поверхности R Doradus движутся с месячным циклом, что оказалось быстрее, чем предсказывали теоретические модели, основанные на солнечной конвекции. Ученые пока не могут дать точного объяснения этому расхождению, что открывает простор для будущих исследований.
«Это невероятно — теперь мы можем напрямую визуализировать детали поверхности столь далеких звезд, — делится впечатлениями Бехзад Божноди Арбаб, аспирант, участвовавший в проекте. — Мы наблюдаем физические процессы, которые раньше были доступны для изучения только на примере нашего Солнца».
В перспективе продолжение наблюдений за такими звездами, как R Doradus, позволит глубже понять эволюцию звезд, подобных Солнцу, и предсказать их поведение на поздних стадиях жизни, когда они, остывая и расширяясь, превращаются в бурлящих красных гигантов.
Результаты исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Nature. С полным текстом статьи можно ознакомиться по ссылке.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: На поверхности звезды, такой как Солнце, постоянно бурлит горячий газ.