Песенка «Звездочка» способствовала расчету влияния конвекции на изменение яркости звезд и опровергла гипотезы о происхождении «красного шума» у крупных звезд.
Атмосфера Земли искажает свет звезд, поэтому нам кажется, будто звезды мерцают ночью. В космосе такого эффекта нет, и снимки с космических телескопов получаются гораздо четче. В действительности звезды немного меняют свой блеск, но изменения настолько малы, что даже самые современные телескопы не могут их обнаружить. Новые телескопы смогут это сделать.
Мы не наблюдаем эту изменчивость, но понимаем, что ее вызывают процессы в глубинах звезд. Движения, начавшиеся в ядрах, запускают волны, подобные океанским. Когда волны достигают поверхности звезды, та начинает мерцать, и эти изменения блеска астрономы смогут наблюдать. (Evan Anders) из Центра междисциплинарных исследований в астрофизике (CIERA, США).
Вместе с коллегами из Института Флатирона (США) и Северо-Западного университета (США) создана первая компьютерная модель процессов во внутренних слоях звезд, позволяющая определять силу переменности их блеска. С помощью модели можно будет вычислять процессы в недрах звезды по наблюдениям за перепадами ее света. Результаты исследования. опубликованы в Nature Astronomy.
Конвекция в звёздах обусловлена термоядерными реакциями, происходящими в ядре. Под высоким давлением там синтезируются более тяжёлые элементы из ядер атомов водорода с выделением энергии. Энергия нагревает вещество, которое поднимается и перемешивается. Волны от этих процессов достигают поверхности, где перепады давления плазмы меняют её яркость, — и звезда «подмигивает».
Сложность расчетов в том, что около ядра волны формируются в течение нескольких недель, а к поверхности «ползут» сотни тысяч лет. Объединить такие разные временные интервалы в одной модели затруднительно. По словам авторов, вдохновлялись звуковыми волнами, работой оркестра и профессионального звукорежиссера. В этой аналогии музыканты — создатели волн, а звукорежиссер — фильтр «акустических свойств» звезды.
Исследователи сначала проверили свой метод на музыкальных произведениях: «Юпите́ре» из симфонической сюиты Густава Холста и детской песенке. «Twinkle, Twinkle, Little Star»Ученые моделировали распространение звуковых волн в звездах. Затем модель применили к волнам от конвекции для звезд разной массы: в три, пятнадцать и сорок раз массивнее Солнца, — и в блеске звезд появилась изменчивость.
Цель создания модели — объяснить образование «красного шума», пульсации яркости горячих, массивных звезд. Предполагалось, что конвекция в ядре вызывает эту переменчивость, но новая модель показывает, что глубинные процессы не приводят к таким сильным перепадам света на поверхности. Следовательно, нужно искать другую причину «красного шума».
Впрочем, соавтор исследования Маттео Кантиэлло. (Matteo Cantiello)Центр вычислительной астрофизики при Институте Флатирона допускает, что причиной могут быть процессы конвекции у поверхности звезды. В таком случае «красный шум», вероятно, не даст много информации обinternal процессах звёзд.
Исследователи совершенствуют модель, чтобы учесть в расчетах быстрое вращение звезд. Изменчивость блеска у этих объектов, возможно, сильнее и будет заметна с помощью современных телескопов.
К концу жизни массивные звёзды взрываются, выбрасывая в космос тяжелые элементы, и превращаются в нейтронные звёзды или чёрные дыры.
Для точного расчёта этого события и его последствий нужно знать как можно больше о внутреннем строении звезды и её эволюции. Новая модель позволит проверить разные сценарии внутренних процессов.