Ученые выяснили, что происходит внутри больших звезд

Астрономы обычно называют массивные звезды химическими фабриками Вселенной. Они, как правило, заканчивают свою жизнь во впечатляющих сверхновых — событиях, в результате которых образуется много элементов периодической таблицы. То, как в этих огромных звездах смешиваются ядра элементов, имеет большое влияние на наше понимание их эволюции до их взрыва.

Это также представляет собой наибольшую неопределенность для ученых, изучающих их структуру и эволюцию, рассказывают в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре.

Группа астрономов во главе с Мэй Гаде Педерсен, постдокторанта Института теоретической физики имени Кавли (KITP) в указанном университете, измерила внутреннее смешивание в ансамбле таких звезд, используя наблюдения за волнами с их глубоких недр. Хотя ученые и ранее применяли этот метод, в данной работе это было впервые сделано сразу для такой большой группы звезд. Результаты исследования, опубликованные в Nature Astronomy, показывают, что внутреннее смешивание очень разнообразно, без четкой зависимости от массы или возраста звезды.

Большую часть своей жизни звезды проводят, переплавляя водород в гелий глубоко в своих ядрах. Однако процесс синтеза в особо массивных звездах настолько сосредоточен в центре, что приводит к образованию турбулентного конвективного ядра, как в кастрюле с кипятком. Конвекция, вместе с другими процессами, такими как вращение, эффективно удаляет пепел гелия (*) из ядра и заменяет его водородом с оболочки. Это позволяет звездам жить гораздо дольше, чем предполагалось.

Астрономы считают, что это смешение возникает вследствие различных физических явлений, таких как внутреннее вращение и внутренние сейсмические волны в плазме, возбуждаемые конвектирующим ядром. Однако данная теория до сих пор не подтверждена наблюдениями, поскольку это происходит так глубоко внутри звезды. Тем не менее, существует косвенный метод заглядывания в звезды: астеросейсмология — изучение и интерпретация звездных колебаний. Эта техника имеет параллели с тем, как сейсмологи используют землетрясения для зондирования глубин Земли.

"Исследование звездных колебаний бросает вызов нашему пониманию звездной структуры и эволюции", - сказала Педерсен. "Они позволяют нам непосредственно исследовать внутреннюю структуру звезд и сравнивать ее с прогнозами наших звездных моделей".

Педерсен и ее коллеги из Левенского католического университета, Университета Хассельта и Университета Ньюкасла смогли определить внутреннее смешивания для ансамбля таких звезд с помощью астеросейсмологии. Это первый подобный опыт, который стал возможным только благодаря новой выборке из 26 медленно пульсирующих звезд типа В с идентифицированными звездными колебаниями, полученной от миссии НАСА "Кеплер".

Медленно пульсирующие звезды типа В от трех до восьми раз массивнее Солнца. Они расширяются и сжимаются во временных промежутках от 12 часов до 5 дней и могут изменять яркость до 5%. Их режимы колебаний особенно чувствительны к условиям вблизи ядра, объяснила Педерсен.

"Внутреннее смешивания внутри звезд теперь измерено наблюдательно и оказалось, что в нашей выборке оно многообразно: у некоторых звезд смешивание почти отсутствует, тогда как у других оно в миллион раз выше", - говорит Педерсен. Как оказалось, разнообразие не связано с массой или возрастом звезды. Напротив, на это в первую очередь влияет внутреннее вращение, хотя оно не единственный фактор.

Новости по подобной теме:

		Астрономы обнаружили звезду “золотого стандарта” в Млечном Пути
		Понимание ранней Вселенной зависит от оценки продолжительности жизни нейтронов
		"Звезды из европия" в карликовой галактике Форнакс дают новое понимание происхождения элементов

"Эти астеросейсмичные результаты, наконец, позволят астрономам усовершенствовать теорию внутреннего смешивания в массивных звездах, которая до сих пор оставалась не калиброванной наблюдениями, поступающими прямо из их глубоких недр", - добавила она.

Точность, с которой астрономы могут измерить звездные колебания, напрямую зависит от продолжительности наблюдения за звездой. Увеличение времени с одной ночи до одного года приводит к тысячекратному увеличению точности измерений частот колебаний.

"Мэй и ее коллеги действительно продемонстрировали значение астеросейсмичних наблюдений в зондировании глубоких недр звезды новым и содержательным способом", - сказал директор KITP Ларс Бильдстен, профессор теоретической физики Глюка. "Я с нетерпением жду, что она найдет дальше".

Лучшие данные, доступные в настоящее время для этого, получены от космической миссии "Кеплер", которая наблюдала за одним и тем же участком неба непрерывно в течение четырех лет. Медленно пульсирующие звезды типа В имели наибольшую массу среди пульсирующих звезд, которые наблюдал телескоп. Хотя большинство из них немного маловаты, чтобы стать сверхновыми, они имеют одинаковую внутреннюю структуру, как и более мощные звездные химические фабрики. Педерсен надеется, что результаты изучения звезд типа В прольет свет на внутреннюю структуру их более мощных аналогов, тип А.

Она планирует использовать данные Спутника наблюдений за транзитами экзопланет (TESS) от NASA для изучения групп осциллирующих звезд большой массы в ассоциациях OB. В эти группы входит от 10 до более 100 массивных звезд с массой от 3 до 120 солнечных. Звезды в ассоциациях OB рождаются из одного и того же молекулярного облака и имеют одинаковый возраст, пояснила она. Большая выборка звезд и ограничения по их общему возрасту открывает новые возможности для изучения свойств внутреннего смешивания звезд большой массы.

Кроме раскрытия процессов, скрытых внутри звезд, исследования звездных осцилляций может также предоставить информацию о других свойствах звезд.

"Колебания звезд не только позволяют изучать внутреннее смешивание и вращение звезд, но и определять другие звездные свойства, такие как масса и возраст", - объясняет Педерсен. "Хотя это два самых фундаментальных из звездных параметров, они также являются одними из самых тяжелых для измерения".

* Пепел гелия (helium ash). Как указывают в EUROfusion, название пепел получили энергичные альфа-частицы или ядра гелия, образующиеся в результате реакций синтеза в дейтерий-тритиевой плазме, хотя гелий не имеет физической схожести с пеплом от огня. На более образном уровне, альфа-частицы называются пеплом потому, что, как только они поделились своей энергией с остальной плазмой, они не имеют дальнейшего применения; их удаление и замена дейтерий-тритиевым топливом необходимо для предотвращения разрежения плазмы.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• астрофизика