Поверхность Солнца не однородна и изменчива. Материя в конвективной зоне непрерывно перемешивается, формируя на поверхности ячеистый рисунок, который постоянно меняется. Но что происходит с поверхностью других звезд? Недавно ученые впервые смогли создать таймлапс «бурлящей» поверхности удаленной звезды.
Звезды напоминают лавовые лампы. Разогретые в ядре пузыри газа поднимаются к поверхности, где происходит их охлаждение и опускание. Благодаря этому тяжелые элементы, такие как углерод и азот, формирующиеся в ядре, распределяются по всему объему звезды. Этот внутренний перенос энергии оказывает значительное влияние на различные этапы развития звезды. Специалисты также считают, что этот процесс «перемешивания» – конвекция – влияет на формирование звездного ветра, который уносит эти тяжелые элементы в космическое пространство, где они становятся частью других звезд и планет.
Процессы конвекции наиболее полно исследованы на Солнце. Признаки «перемешивания» были обнаружены на поверхности красных сверхгигантов и звезд с меньшей массой. Для разработки моделей и формулирования выводов необходимо понимать размеры и продолжительность существования этих «рисунков» на поверхности звёзд различного типа и возраста. Именно поэтому астрономы так заинтересованы в наблюдении за динамикой изменений.
Впервые разглядеть гранулы на поверхности звезды вне Солнечной системы удалось в 2017 году с помощью инструмента PIONIER, объединяющего данные с четырех восьмиметровых телескопов комплекса VLT. Объектом изучения стал стареющий красный гигант Пи¹ Журавля. Он расположен примерно в 530 световых годах от нас.
В ходе недавнего исследования наблюдения велись в течение нескольких недель с использованием комплекса радиотелескопов ALMA. Благодаря этому астрономы из Технического университета Чалмерса (Швеция) получили возможность создать видеозапись, демонстрирующую изменения на поверхности удаленной звезды, впервые зафиксировав их развитие.
Наблюдения были направлены на красный гигант R Золотой Рыбы, относящийся к звёздам спектрального класса М и находящийся на поздней стадии эволюции. Этот объект расположен на расстоянии около 200 световых лет от Земли, в направлении созвездия Золотая Рыба, которое видно в южном полушарии неба. Выбор данного объекта был обусловлен тем, что он является самой крупной звездой, видимой на небе после Солнца, с точки зрения углового размера.
Гигант R Золотой Рыбы по массе близок к массе Солнца (от 0,7 до 1 солнечной массы), однако его радиус примерно в 353 раза превышает радиус нашей звезды. Новое уточнение этого показателя было получено авторами научной работы на основе данных, полученных с использованием ALMA. По сути, это то, как будет выглядеть Солнце приблизительно через пять миллиардов лет.
На основе анализа данных, полученных с помощью телескопа ALMA в июле и августе 2023 года, исследователи обнаружили на поверхности объекта R Золотой Рыбы образования, размеры которых в основном составляют приблизительно 0,72 астрономической единицы – это в 75 раз превышает диаметр Солнца.
По имеющимся данным, структуры на поверхности экзопланеты R Золотой Рыбы существуют около 33 земных дней. Этот срок оказался значительно меньше, чем предполагали исследователи, основываясь на движении солнечных гранул. Вероятно, это объясняется тем, что звезда, вокруг которой вращается планета, имеет гораздо больший возраст.
Полученные данные также демонстрируют расхождения с результатами расчетов. Следует учитывать, что формулы, применяемые для вычислений, были разработаны для звезд с более высокой температурой и более сильной гравитацией на поверхности. В настоящее время у исследователей отсутствуют модели, способные точно воспроизвести конвекцию на поверхности звезд на завершающих этапах их развития. Новые данные, полученные от R Золотой Рыбы, могут быть использованы для создания таких моделей.
«Впервые удалось продемонстрировать изменчивую поверхность звезды подобным образом. Мы не предполагали, что данные окажутся настолько точными, чтобы различить столь большое количество деталей конвективных процессов на ее поверхности», — отметил Вутер Влеммингс ( Wouter Vlemmings), ведущий автор исследования и профессор Технического университета Чалмерса (Швеция). В статье, подготовленной его командой опубликована в журнале Nature.
Ранее ученые предполагали, что высокая скорость вращения звезды для объекта подобного типа связана с оптической иллюзией, вызванной смещением конвективных зон на ее поверхности. Однако эта гипотеза была опровергнута, так как астрономы ведут наблюдения за звездой уже более шести лет, и, как демонстрирует недавнее исследование, структура ее поверхности изменяется значительно быстрее.