На поверхности звезды, такой как Солнце, постоянно бурлит горячий газ. Мы видим это каждый день на Солнце, но до сих пор нам не доводилось наблюдать такое поведение вблизи других звезд, кроме нашей собственной.
Теперь астрономы впервые получили изображения звезды, которая не является Солнцем, с достаточной детализацией, чтобы проследить движение газа, образующего пузыри на ее поверхности. Изображения были получены в период с июля по август 2023 года радиотелескопом ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ESO в Чили.
На снимках, уникальных и первых в своем роде, видны гигантские пузыри горячего газа, в 75 раз превышающие размеры самого Солнца, возникающие на поверхности и опускающиеся обратно в недра звезды R Doradus, красного гиганта, находящегося на расстоянии около 180 световых лет от нас.
Конвективные движения звезд
Звезды генерируют энергию в своих ядрах, где атомы соединяются при чрезвычайно высоких температурах и давлениях. Энергия, произведенная в ядре звезды, должна быть перенесена наружу, и одним из основных механизмов, с помощью которых это происходит, является конвекция.
В этой фазе большие пузыри раскаленного газа поднимаются из ядра к поверхности, где они охлаждаются и опускаются обратно, создавая непрерывный цикл подъема и опускания. Этот процесс не только перераспределяет энергию, но и позволяет тяжелым элементам, таким как углерод, азот и другие продукты синтеза, смешиваться внутри звезды.
Иллюстрация структуры Солнца и звезды-гиганта, показывающая их конвективные зоны. Это зернистые зоны во внешних слоях звезд. Предоставлено: ESO
Конвекция играет фундаментальную роль не только во внутренней структуре звезд, но и в формировании звездных ветров, которые выбрасывают созданные элементы в космос, способствуя рождению новых звезд, планет и других небесных тел. Однако, несмотря на важность этого явления, отследить конвективное движение в звездах, отличных от Солнца, до недавнего времени было крайне сложно.
Беспрецедентные изображения звезды, которая не является Солнцем
С помощью ALMA исследовательской группе удалось получить изображения высокого разрешения поверхности R Doradus, красного гиганта в созвездии Золотая Рыба с диаметром, примерно в 350 раз превышающим диаметр Солнца, но очень похожей массой, поскольку она раздута и находится на последних стадиях своей жизни. Ее большие размеры и близость к Земле делают ее идеальной целью для детальных наблюдений, не в последнюю очередь потому, что она очень похожа на то, как будет выглядеть наше Солнце через 5 миллиардов лет, когда оно станет красным гигантом.
«Конвекция создает красивую зернистую структуру, видимую на поверхности Солнца, но ее трудно заметить на других звездах», — объясняет Тео Хоури, исследователь из Чалмерса и соавтор исследования. «С помощью ALMA мы смогли не только непосредственно увидеть конвективные гранулы, которые в 75 раз больше Солнца, но и впервые измерить их скорость».
В этом видеоролике мы видим анимацию, воссозданную на основе изображений R Doradus, полученных с помощью ALMA.
Гранулы R Doradus, похоже, движутся с месячным циклом, что быстрее, чем ожидали ученые, основываясь на том, как работает конвекция на Солнце, как мы его знаем. Они не смогли объяснить причину этого различия, но будущие исследования могут это сделать.
«Потрясающе, что теперь мы можем напрямую визуализировать детали на поверхности столь далеких звезд, — говорит Бехзад Божноди Арбаб, аспирант Чалмерса, участвовавший в исследовании, — и наблюдать физику, которая до сих пор была практически доступна только для Солнца».
В будущем дальнейшие наблюдения, подобные тем, что проводятся сейчас на R Doradus, могут дать еще более глубокое понимание того, как ведут себя такие звезды, как Солнце, даже когда они становятся холодными, большими и кипящими, как R Doradus.
С исследованием, опубликованным в журнале Nature, можно ознакомиться здесь.
