Новое исследование показывает, что магнитная активность Солнца оказывает значительное влияние на его сейсмическую характеристику

Результаты имеют важное значение для будущих космических миссий по изучению звёзд

Международная группа астрономов под руководством исследователя из Женевского университета (UNIGE) продемонстрировала, что магнитная активность Солнца оказывает значительное влияние на его сейсмическую характеристику, что противоречит прогнозам предыдущих исследований. Эти результаты имеют важное значение, поскольку они влияют на такие ключевые данные, как размер, возраст и химический состав Солнца. Исследование, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, открывает новые перспективы для углубленного изучения природы магнитной активности и её воздействия на звёздные колебания.

Астросейсмология, или гелиосейсмология в случае Солнца, представляет собой раздел астрономии, изучающий колебания звёзд. «Чтобы понять это, нужно представить себе звезду как большой газовый шар, находящийся в постоянном движении. Внутри этой звезды есть волны или пульсации, которые заставляют её вибрировать, что-то вроде звука, резонирующего в музыкальном инструменте», — объясняет Жером Бетрисей, научный сотрудник кафедры астрономии факультета естественных наук UNIGE и главный автор исследования. Эти вибрации заставляют поверхность звезды слегка двигаться и регулярно менять светимость, что можно обнаружить с помощью точных приборов с Земли или из космоса.

Наблюдая эти изменения, исследователи могут многое узнать о внутренней структуре звезды и определить важные характеристики, такие как её размер, возраст, химический состав или стадия жизненного цикла. Точное понимание характеристик звёзд необходимо, среди прочего, для определения свойств планет, которые их окружают, или для того, чтобы проследить историю Млечного Пути.

Несмотря на некоторые значительные успехи последних десятилетий, астросейсмология также показала, что существуют значительные различия между наблюдениями и предсказаниями теоретических моделей внутреннего устройства звёзд. На протяжении многих лет были разработаны различные методы для уменьшения этих расхождений, с разной степенью успеха. Однако ни один из современных методов не учитывает магнитную активность звёзд, её влияние на результаты предполагается незначительным.

Эволюция Солнца в течение 23-го цикла. На изображении показан коллаж из 11 фотографий солнца, сделанных спутником SOHO, и 11-летний цикл солнечной активности с минимумами около 1996 и 2006 годов и максимумом около 2001 года. Источник: SOHO/ESA/NASA

Международная группа под руководством Бетрисея продемонстрировала обратное. Она установила, что возраст Солнца, определённый гелиосейсмологией, значительно варьируется в зависимости от уровня активности солнечного цикла. Например, возраст Солнца составляет около 4,6 миллиарда лет, а между солнечными минимумами наблюдались вариации до 300 миллионов лет. Хотя эти вариации могут показаться небольшими по сравнению с возрастом Солнца, они больше не являются незначительными, учитывая уровень точности, который будет достигнут будущими космическими миссиями.

Чтобы лучше понять влияние магнитной активности на Солнце, учёные проанализировали 26,5 лет солнечных данных, охватывающих два полных цикла активности. Они разделили эти данные примерно на 90 небольших серий продолжительностью в один год, каждая из которых была разделена на три месяца.

Для каждой из этих серий был проведён сейсмический анализ, что позволило измерить эволюцию фундаментальных свойств Солнца, таких как его масса, радиус и возраст с течением времени.

Для проверки результатов использовались два независимых набора данных. Один поступил из сети наземных телескопов BiSON (Birmingham Solar Oscillations Network) Бирмингемского университета, а другой — из инструмента GOLF (Global Oscillations at Low Frequencies) на борту спутника SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), который вращается вокруг Солнца с середины 1990-х годов.

Независимо от проверенной конфигурации, возраст Солнца, определённый гелиосейсмологией, коррелировал с уровнем активности солнечного цикла. Учёные измерили вариации около 6% в среднем между периодами солнечного минимума и максимума, что очень важно с точки зрения точности, намеченной для будущих космических миссий, которые будут анализировать другие подобные звёзды. Например, миссия PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) стремится достичь точности в 10% при определении возраста звезды, подобной Солнцу.

Изучение данных GOLF и BiSON также показало, что влияние цикла активности на сейсмический возраст более выражено для более активного из двух изученных циклов. Этот результат логичен и ожидаем с физической точки зрения. «Однако Солнце не является особенно активной звездой, что говорит о том, что влияние магнитной активности может быть весьма значительным для более активных звёзд, таких как те, которые обнаружит PLATO», — добавляет Бетрисей.

Магнитная активность оказывает существенное влияние на звёздные колебания, что затрудняет точное определение фундаментальных свойств, таких как масса, радиус и возраст звёзд. Для будущих космических миссий это означает, что необходимо будет разработать более сложные методы учёта этого магнитного воздействия. Это может привести к лучшему пониманию физики звёзд, особенно в плане того, как магнитные поля взаимодействуют с внутренними колебаниями. Это исследование также может улучшить понимание циклов активности звёзд, которые похожи на солнечные циклы.