Кипящая звезда: как конвекция на поверхности R Дорады меняет представления о звездной эволюции

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Космос, безбрежный и загадочный, скрывает в себе множество тайн, которые человечество стремится разгадать. Одной из таких интригующих загадок являются процессы, происходящие на поверхности звезд, особенно тех, что находятся на финальных этапах своей эволюции, стареющим гигантам, некогда похожим на наше Солнце. Звезды — это не просто мерцающие огоньки на ночном небосводе, это сложнейшие физические объекты, в недрах которых непрерывно бушуют колоссальные силы. И одной из таких сил, играющей важнейшую роль в жизни звезды, является конвекция.

Представьте себе кипящий чайник: потоки горячей воды поднимаются вверх, а охлажденная вода опускается вниз, создавая непрерывный круговорот. Подобный процесс, но в невообразимо больших масштабах, происходит и в звездах. Конвекция — это перемешивание вещества звезды, вызванное разницей температур в ее недрах. Горячее вещество, подобно пузырькам пара в чайнике, поднимается к поверхности, а остывшее опускается вниз, к ядру. Этот процесс играет ключевую роль в переносе энергии из раскаленного ядра звезды к её поверхности, определяя температуру, светимость и даже химический состав звезды и окружающего ее пространства.

R Дорады, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Ближайшим и наиболее изученным примером звезды, где конвекция играет существенную роль, является наше Солнце. Мы можем наблюдать ее проявления в виде солнечных пятен — областей с пониженной температурой, и гранул — своеобразных ячеек, покрывающих солнечную поверхность. Однако изучение конвекции на других звездах, особенно на тех, что удалены от нас на огромные расстояния, представляет собой непростую задачу.

Недавно астрономам удалось сделать важный шаг в понимании конвекции на поверхности звезд-гигантов. Благодаря наблюдениям за звездой R Дорада, расположенной в 55 световых годах от Земли, ученые смогли получить уникальные данные о структуре и динамике конвективных процессов. R Дорада — это красный гигант, находящийся на стадии асимптотической ветви гигантов (AGB). Это означает, что звезда уже исчерпала запасы водорода в своем ядре и теперь сжигает гелий, постепенно увеличиваясь в размерах и теряя вещество в окружающее пространство.

Звездная поверхность AGB-звезды R Doradus. На панелях представлены три эпохи наблюдений ALMA с самым высоким угловым разрешением на частоте 338 ГГц. Черный эллипс на панелях указывает на средний размер звездного диска на этой частоте. Красные сплошные контуры и синие пунктирные контуры показывают положительные и отрицательные особенности 4, 5 и 6σ по отношению к среднему излучению звездного диска. Размер и ориентация интерферометрического луча указаны в левой нижней части каждой панели. DEC — склонение; RA — правое восхождение.
Автор: Vlemmings, W., Khouri, T., Bojnordi Arbab, B. et al. One month convection timescale on the surface of a giant evolved star. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07836-9 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Для наблюдений за R Дорада использовался мощный телескоп ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), расположенный в чилийской пустыне Атакама. Благодаря высокой чувствительности и разрешающей способности ALMA, астрономам удалось получить серию изображений поверхности R Дорада с беспрецедентной детализацией. На этих снимках были обнаружены небольшие, но хорошо различимые структуры, которые, по мнению ученых, являются прямым свидетельством конвекции.

Анализ полученных данных показал, что характерный размер этих структур, которые можно назвать «конвективными ячейками», составляет 0,72 астрономических единицы. Для сравнения, это расстояние примерно равно расстоянию от Солнца до Венеры! Скорость движения вещества в этих ячейках достигает 20 км/с. Используя эти данные, ученые смогли оценить характерное время, за которое структура конвективных ячеек на поверхности R Дорада изменяется — оно составляет около месяца.

a, Радиус половинной мощности R как функция позиционного угла (PA) по отношению к северному небесному полюсу. Положительные углы указывают на направление правого восхождения. Кривые показывают R, измеренный для трех эпох наблюдений ALMA в диапазоне 7 (338 ГГц). Горизонтальные линии указывают средний радиус для каждой эпохи. Нижняя фигурная граница радиуса — это расчетный фотосферный радиус 25,6 mas, измеренный на 2,3 мкм (ссылка 28). Красная вертикальная полоса показывает размер гранул, измеренный по пространственной PSD, с переводом линейного размера в угловой размер на R. 1σ s.d. на радиус (одинаковый для каждой эпохи) показан в правом нижнем углу (пурпурная полоса ошибок) и составляет не более 0,17 mas. b, Радиальная скорость V на поверхности R Doradus. Скорость определена по разности радиусов половинной мощности между третьей и четвертой эпохами (18 и 27 июля 2023 года; сплошная линия) и между четвертой и пятой эпохами (27 июля и 2 августа 2023 года; пунктирная линия). Горизонтальные линии обозначают среднюю скорость. Определенная таким образом скорость соответствует движению поверхности оптической глубины τ338 ГГц = 1 и является средней между соответствующими эпохами. Это указывает на движение толчков, вызванное конвективными движениями. 1σ s.d. в определении радиуса означает неопределенность в скорости ≲2.6 км с-1 и указана в верхней правой части панели (пурпурная полоса ошибок).
Автор: Vlemmings, W., Khouri, T., Bojnordi Arbab, B. et al. One month convection timescale on the surface of a giant evolved star. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07836-9 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Этот результат оказался неожиданным для астрономов. Дело в том, что он существенно отличается от предсказаний теоретических моделей, основанных на изучении более молодых и массивных звезд. Это указывает на то, что конвекция на поверхности звезд AGB, к которым относится R Дорада, может иметь свои особенности, которые пока не учтены в существующих моделях.

Полученные данные представляют собой ценнейший материал для проверки и дальнейшего развития моделей звездной эволюции. Они помогут ученым лучше понять, как звезды AGB теряют свою массу, выбрасывая вещество в окружающее пространство, обогащая его тяжелыми элементами, которые впоследствии могут стать «строительным материалом» для новых звезд и планетных систем.

Исследование конвекции на поверхности R Дорада — это яркий пример того, как современные астрономические инструменты позволяют заглянуть в самые потаенные уголки Вселенной и расширить наши знания о процессах, определяющих ее эволюцию. Каждый новый результат — это шаг на пути к пониманию нашего места в этом грандиозном космическом театре.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как начиналась история советских вертолётов и почему Як-24 стал важной вехой в авиации?

Сегодня вертолеты стали частью обыденной жизни, и их присутствие в небе никого не удивляет. Однако если взглянуть назад, легко понять, что еще несколько десятилетий назад такие машины...

ЯАЗ-200: как американские технологии помогли создать советский грузовик-легенду?

Грузовик ЯАЗ-200, впервые выпущенный в 1947 году, стал знаковым явлением для советского автопрома. Это был не просто автомобиль, а символ индустриального подъёма страны после войны. В его...

Павлиноглазка атлас – крупнейшая бабочка мира: фото, факты и особенности вида

В мире бабочек есть свои гиганты, и павлиноглазка атлас (Attacus atlas) — яркий представитель этой удивительной группы. Эта ночная бабочка из семейства павлиноглазок поражает своими...

«Почему так дорого?»: разбираем историю таможенных пошлин и утилизационного сбора на авто в России

Как автолюбительница, я, как и вы, не раз задумывалась о том, почему цены на автомобили в нашей стране так сильно отличаются от цен за рубежом. Хочу поделиться с вами своим мнением о таможенных...

Электрический «беспредел»: почему импульсные БП «ломают» электросети, и как предотвратить последствия обрыва нуля

Представьте себе ситуацию: вы дома, наслаждаетесь любимым сериалом, и вдруг — бац — свет начинает мигать, телевизор гаснет, а холодильник издаёт странные звуки. Сначала вы...

Что такое плазмоид с точки зрения физика?

Когда речь заходит о плазмоидах, то мнения расходятся. Кто-то утверждает, что это вполне себе реальная физическая субстанция. Некоторые считают плазмоидов живыми существами и наделяют их сознанием,...