От рождения до смерти звезды обычно замедляются в 100–1000 раз по сравнению с первоначальной скоростью вращения. Общий угловой момент Солнца уменьшается по мере того, как вещество постепенно улетучивается с его поверхности в виде солнечного ветра. Наблюдая за этим процессом, астрономы пришли к выводу, что взаимодействие магнитных полей и потоков плазмы является наиболее эффективным способом замедления вращения звезд.
Вопрос о том, почему и как это происходит, давно интересовал астрономов. Недавно появился метод наблюдения под названием астросейсмология, который позволяет измерять естественные частоты колебаний звезды. С его помощью удалось измерить скорость вращения и магнитные поля других звезд в нашей галактике. На основе данных об огромном количестве звезд была составлена картина того, как скорость вращения звезд уменьшается с возрастом. Согласно этой картине, существующие теории не могут объяснить резкое замедление вращения.
Группа исследователей из Киотского университета, увлеченная астросейсмологией и трехмерным моделированием солнечной конвективной зоны, решила выяснить, как магнитные поля влияют на вращение массивных звезд. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.
«Наши соавторы из Австралии и Великобритании уже провели трехмерное магнитогидродинамическое моделирование массивных звезд до коллапса ядра. Мы предположили, что поток внутри конвективной зоны массивной звезды может развиваться аналогично конвективной зоне Солнца», — говорит руководитель группы Рёта Симада.
С помощью трехмерного моделирования массивной звезды исследователи смогли напрямую изучить сложную взаимосвязь между интенсивной конвекцией, вращением и магнитными полями. Они подтвердили, что внутреннее вращение и магнитное поле развиваются по тому же принципу, что и солнечное динамо: энергетический процесс, поддерживающий магнитное поле Солнца. Имея на руках эти уравнения, команда смогла математически предсказать эволюцию внутреннего вращения звезды с течением времени.
Моделирование показало, что на скорость и направление конвективных движений в течение коротких промежутков времени влияют вращение и магнитные поля, что, в свою очередь, меняет вращение, замедляя его или, в некоторых случаях, ускоряя. Исследователи сконструировали взаимодействие конвекции, вращения и магнитных полей как модель радиального переноса углового момента наружу и внутрь, показав, что этот перенос на более поздних стадиях горения напрямую связан с геометрией магнитного поля.
«Мы с удивлением обнаружили, что некоторые конфигурации магнитных полей на самом деле ускоряют вращение ядра, а это значит, что конечная скорость вращения будет зависеть от свойств звезды, — говорит соавтор исследования Люси Макнил. — В некоторых типах массивных звезд медленное вращение может быть даже невозможно».
Обнаруженный перенос углового момента магнитного поля на поздних стадиях горения позволяет предположить, что теория, разработанная для описания вращения звезд солнечного типа, может быть универсальной. Далее команда планирует создать модели звездной эволюции, отражающие весь жизненный цикл звезд с разной массой, чтобы предсказать скорость их вращения на разных этапах эволюции.
[Фото: KyotoU / Lucy McNeill]
