Суперкомпьютер опроверг 45-летнюю теорию вращения Солнца

Международное научное сообщество было уверено, что с течением времени характер вращения звезд солнечного типа кардинально меняется. Согласно теории, доминировавшей на протяжении 45 лет, молодые звезды вращаются подобно нашему Солнцу сегодня: их экваториальные зоны совершают оборот быстрее, чем полярные области. Это явление известно как дифференциальное вращение солнечного типа. Однако, по мере старения и замедления вращения, ученые ожидали увидеть так называемый эффект «антисолнечного» вращения, при котором полюса начинают обгонять экватор. Это предсказание казалось логичным следствием изменения циркуляции горячей плазмы внутри стареющей звезды.

Но недавнее исследование, проведенное командой ученых под руководством профессора Хидеюки Хотты из Нагойского университета и опубликованное в журнале Nature Astronomy, поставило крест на этой гипотезе. Ученые обнаружили, что предсказанного перехода не происходит. Используя вычислительные мощности японского суперкомпьютера Fugaku, одного из самых производительных в мире, они создали симуляцию звезды с беспрецедентным уровнем детализации. Модель разбила внутренний объем звезды на 5,4 миллиарда вычислительных точек, что позволило отследить процессы, ускользавшие от исследователей ранее.

Решающая роль магнитного поля

Ключевым отличием новой модели от старых стал учет магнитного поля. В предыдущих симуляциях с низким разрешением магнитные поля искусственно «исчезали» из расчетов, и их влияние на динамику вращения считалось пренебрежимо малым. Из-за этого единственными факторами, определяющими вращение, оставались турбулентность и градиенты температуры, которые в итоге и приводили к сценарию смены режима на антисолнечный.

Однако моделирование на Fugaku показало, что магнитные поля играют критически важную роль, действуя как своеобразный стабилизатор. Магнитное поле, пронизывающее раскаленную плазму, активно противодействует изменениям в структуре ее течения. Оно «удерживает» дифференциальное вращение в том же состоянии, заставляя экватор вращаться быстрее полюсов на протяжении всей жизни звезды, а не только в молодости.

Таким образом, хотя звезда действительно замедляется с возрастом, общая схема вращения остается неизменной. Это открытие объясняет давний парадокс: астрономы десятилетиями наблюдали за звездами, но так и не смогли найти ни одной, которая демонстрировала бы предсказанное теорией антисолнечное вращение. Оказалось, что они просто искали то, чего в природе не существует.

Последствия для астрофизики и поисков жизни

Новое понимание внутренней динамики звезд имеет далеко идущие последствия, выходящие за рамки уточнения теории вращения. Исследование показало, что магнитные поля звезд не проходят через циклы полного восстановления в старости. Ранее считалось, что при смене режима вращения магнитная активность может снова усилиться. Новые данные указывают на то, что магнитное поле звезды неуклонно ослабевает на протяжении миллиардов лет.

Это напрямую связано с жизнью на планетах, вращающихся вокруг таких звезд. Именно магнитное поле звезды защищает свою планетную систему от губительного космического излучения и потоков заряженных частиц. Понимание того, как магнитная активность меняется (или не меняется) с течением времени, критически важно для оценки обитаемости экзопланет. Если известно, что молодая звезда вращается определенным образом, а в среднем и пожилом возрасте сохраняет ту же схему, мы можем с большей точностью строить модели ее прошлого и будущего излучения.

Более того, скорректированная модель внутреннего строения поможет ученым разобраться в других звездных загадках, например, в природе 11-летнего цикла солнечной активности, который влияет на работу спутников и самочувствие людей на Земле.

Теперь, когда модель Хотты и его коллег успешно воспроизводит наблюдаемую картину вращения Солнца и может быть применена к более медленным звездам, у астрофизиков появился новый мощный инструмент. Это моделирование позволит интерпретировать данные наблюдений далеких звезд с гораздо большей точностью и в конечном итоге приближает нас к ответу на вопрос, насколько уникально наше собственное, такое, казалось бы, знакомое, но все еще полное тайн Солнце.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях