Астрономы изучают скрытые процессы, действующие внутри массивных звезд

Звезды проводят большую часть своей жизни превращая водород в гелий глубоко в своих ядрах. Однако синтез особенно массивных звезд настолько сконцентрирован в центре, что приводит к турбулентному конвективному ядру, подобному котлу с кипящей водой.

Конвекция, наряду с другими процессами, такими как вращение, эффективно удаляет остатки гелия из активной зоны и заменяет ее водородом из оболочки. Это позволяет звездам жить намного дольше, чем предполагалось.

Астрономы считают, что это смешение возникает из-за различных физических явлений, таких как внутреннее вращение и внутренние сейсмические волны в плазме, возбуждаемой конвектирующим ядром.

Однако теория оставалась в значительной степени независимой от наблюдений, поскольку все это происходит глубоко внутри звезды. Тем не менее, существует косвенный метод изучения: астросейсмология, изучение и интерпретация звездных колебаний. Этот метод имеет параллели с тем, как сейсмологи используют землетрясения для исследования недр Земли.

Исследователи из KU Leuven, University of Hasselt и University of Newcastle смогли получить внутреннее смешение для группы таких звезд с помощью астросейсмологии. Такой результат был достигнут впервые, и он стал возможным только благодаря новой выборке из 26 медленно пульсирующих звезд B-типа с идентифицированными звездными колебаниями, полученными в ходе миссии НАСА «Кеплер».

Медленно пульсирующие звезды B-типа в три-восемь раз массивнее Солнца. Они расширяются и сжимаются в масштабе времени от 12 часов до 5 дней и могут изменять яркость до 5%. Режимы колебаний особенно чувствительны к условиям вблизи активной зоны.

«Внутреннее перемешивание внутри массивных звезд теперь было измерено наблюдательными методами и оказалось разнообразным в нашей выборке: некоторые звезды почти не перемешиваются, а другие показывают уровни в миллион раз выше», — говорят ученые.

Оказывается, разнообразие не связано с массой или возрастом звезды. Скорее, на это в первую очередь влияет внутреннее вращение, хотя это не единственный фактор.

Точность, с которой астрономы могут измерить звездные колебания, напрямую зависит от того, как долго звезда наблюдается. Увеличение времени с одного дня до одного года приводит к увеличению точности измерения частот колебаний в тысячу раз.

Наилучшие данные, доступные в настоящее время для этого, получены с космической миссии Kepler, которая наблюдала один и тот же участок неба в течение четырех лет. Медленно пульсирующие звезды B-типа были самыми массивными пульсирующими звездами, которые наблюдал телескоп.

Хотя большинство из них слишком малы, чтобы стать сверхновыми, они имеют ту же внутреннюю структуру, что и более массивные звезды. Астрономы надеются, что идеи, полученные в результате изучения звезд типа B, прольют свет на внутреннюю работу звезд с более высокой массой, типа O.

Ученые планирует использовать данные спутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) для изучения групп колеблющихся звезд большой массы в ассоциациях OB. Эти группы включают от 10 до более чем 100 звезд массой от 3 до 120 солнечных масс.

Помимо раскрытия процессов, скрытых внутри массивных звезд, исследования звездных колебаний могут также предоставить информацию о других свойствах звезд.

«Звездные колебания не только позволяют нам изучать внутреннее перемешивание и вращение звезд, но также определяют другие звездные свойства, такие как масса и возраст», — говорят исследователи. «Хотя оба эти параметра являются одними из самых фундаментальных звездных параметров, их также трудно измерить».

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.