Известно, что звезды в процессе развития постепенно снижают скорость своего вращения, теряя от ста до тысячи раз по сравнению с исходной. Этот факт подтверждается наблюдениями за Солнцем, которое теряет угловой момент вследствие солнечного ветра, уносящего вещество с его поверхности. Важную роль в данном процессе, как полагают ученые, играет взаимодействие магнитных полей и потоков плазмы.
Благодаря развитию астеросейсмологии, позволяющей измерять внутренние колебания звезд, ситуация начала становиться более понятной. Эти измерения позволяют определять внутреннюю структуру звезд, их вращение и магнитные поля. Однако, анализ большого количества звезд выявил, что существующие теоретические модели не могут в полной мере объяснить, почему со временем скорость вращения снижается настолько заметно.
Группа исследователей из Киотского университета предприняла попытку выяснить причины этой проблемы, обратив внимание на влияние магнитных полей, формирующихся внутри массивных звезд. При этом ученые руководствовались данными астеросейсмологии и ранее созданными трехмерными моделями конвективной зоны Солнца, полагая, что схожие явления могут иметь место и в более крупных звездах на завершающих этапах их существования.
Используя трехмерное моделирование, ученым удалось в первый раз непосредственно исследовать сложное взаимодействие между турбулентной конвекцией, вращением и магнитными полями внутри массивной звезды. Полученные данные продемонстрировали, что внутреннее вращение и магнитное поле развиваются согласованно, аналогично солнечному динамо – процессу, обеспечивающему поддержание магнитного поля Солнца. Это дало возможность исследователям разработать математическую модель, описывающую изменение скорости вращения звезды в процессе ее эволюции.
Установлено, что скорость и направление конвективных потоков способны оперативно изменяться под воздействием вращения и магнитных полей, что оказывает влияние на само вращение звезды. Это приводит к тому, что звезда может как замедляться, так и, в отдельных случаях, ускоряться. Следовательно, эволюция вращения представляет собой более сложный и динамичный процесс, чем предполагалось ранее.
Ученые разработали модель, описывающую перенос углового момента и демонстрирующую, как он может перемещаться как к периферии звезды, так и к ее центру. Анализ показал, что на заключительных этапах термоядерной реакции скорость этого переноса непосредственно связана с конфигурацией магнитного поля. Примечательно, что некоторые формы магнитного поля способны увеличивать скорость вращения ядра звезды, что делает ее конечную скорость вращения характерной для каждого конкретного объекта. Кроме того, у некоторых массивных звезд крайне медленное вращение может оказаться принципиально невозможным.
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что ранее разработанные для звезд, подобных Солнцу, механизмы переноса углового момента, возможно, являются универсальными и могут быть использованы для описания звезд с различной массой. Это открывает возможности для углубленного изучения эволюции звезд и их заключительных фаз, в частности, коллапса ядра и формирования компактных объектов.
В перспективе команда намерена разработать более детальные модели эволюции звезд, которые будут учитывать все стадии их существования — от рождения до угасания — для повышения точности прогнозирования изменений скорости вращения на различных этапах развития.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal.