Вчені з Японії представили результати однієї з найдетальніших комп’ютерних симуляцій внутрішньої структури зір, подібних до Сонця. Дослідження, виконане на суперкомп’ютері Fugaku, ставить під сумнів теорію, яка понад 45 років пояснювала, як змінюється обертання таких зір із віком. Про це пише Interesting Engineering.
Чому астрономи очікували зміну обертання зір
На відміну від планет, які обертаються майже як тверді тіла, зорі складаються з гарячої плазми. Це означає, що різні ділянки зорі можуть рухатися з різною швидкістю. Такий ефект називають диференційним обертанням.
Наприклад, у Сонця спостерігається диференційне обертання: екватор здійснює повний оберт приблизно за 25 днів, тоді як полярні області обертаються значно повільніше – близько 35 днів. Протягом десятиліть астрономи вважали, що з віком така схема повинна змінюватися, оскільки зорі поступово втрачають кутову швидкість через зоряні вітри та інші процеси, що впливають на їхню динаміку.
Упродовж десятиліть астрономи вважали, що з віком ця картина повинна змінитися. Основою цієї гіпотези було те, що зорі поступово втрачають кутову швидкість через зоряні вітри та інші процеси.
Теоретичні моделі припускали, що зі зменшенням швидкості обертання змінюється рух плазми всередині зорі. У такому випадку мала б виникнути так звана антисонячна диференційна ротація – стан, коли полюси обертаються швидше за екватор, а не навпаки, як у Сонця. Однак попри численні комп’ютерні моделі, астрономам досі не вдалося отримати переконливі спостережні підтвердження існування таких зір, що поставило під сумнів точність попередніх теоретичних прогнозів.
Найдетальніша симуляція внутрішньої структури зорі
Щоб з’ясувати причину розбіжностей між теорією та спостереженнями, команда дослідників з Наґойському університеті створила нову комп’ютерну модель внутрішньої динаміки сонцеподібних зір.
Симуляція була створена з використанням методів магнітогідродинаміки – математичного підходу, який дозволяє одночасно моделювати рух гарячої плазми, еволюцію магнітних полів і турбулентні потоки всередині зорі. Обчислення виконувалися на японському суперкомп’ютері Fugaku, одному з найпотужніших у світі. Для досягнення максимальної точності дослідники поділили модель зорі на 5,4 мільярда обчислювальних комірок, що дало змогу відстежувати навіть найдрібніші турбулентні процеси у її внутрішніх шарах.
Саме така деталізація виявилася критично важливою для точного моделювання магнітних структур.
Як змінюється магнітне поле зір із віком
Симуляція також дала змогу простежити еволюцію магнітних полів у сонцеподібних зорях. Результати показали, що їхня магнітна активність поступово слабшає протягом усього життя зорі, без ознак повторного посилення на пізніх етапах еволюції. Це суперечить попереднім теоріям, які припускали можливе відновлення магнітного поля після зміни режиму обертання, тоді як нова модель демонструє стале зменшення магнітної сили з віком зорі.
Чи підтвердяться результати спостереженнями
Попри переконливі результати симуляцій, вчені наголошують, що остаточні висновки потребують астрономічного підтвердження.
Спостерігати внутрішню структуру далеких зір надзвичайно складно. Наразі астрономи можуть робити висновки про їхню внутрішню динаміку лише опосередковано – за допомогою спектроскопії, астросейсмології та інших методів.
У майбутньому нові телескопи та космічні місії можуть надати точніші дані про обертання старих сонцеподібних зір. Це дозволить перевірити, чи справді антисонячна ротація не виникає у природі, а була лише наслідком обмежених комп’ютерних моделей.
