Астрофизики выяснили, почему экватор Солнца вращается быстрее полюсов

Исследователи из Нагойского университета в Японии опубликовали в Nature Astronomy результаты детального моделирования внутренней структуры звезд, которые опровергают представление, существовавшее более 45 лет. Ученые выяснили, что звезды солнечного типа сохраняют характерное дифференциальное вращение — экватор всегда вращается быстрее полюсов, и это не меняется с возрастом.

Почему считали, что вращение изменяется

Ранее считалось, что стареющие звезды меняют схему вращения: полюса должны были вращаться быстрее экватора. Это предположение исходило из того, что с возрастом замедляется общее вращение, что якобы меняет движение газа внутри звезды. Однако наблюдения не подтверждали этого.

Солнце и подобные ему звезды среднего размера, желтого цвета, обеспечивают стабильные условия на протяжении миллиардов лет. Поскольку оно состоит из газа, оно вращается не как твердое тело, а дифференциально: экватор делает полный оборот примерно за 25 дней, полюса — за 35 дней. Это называется дифференциальным вращением солнечного типа.

Секрет стабильного вращения солнечного типа звезд

Используя суперкомпьютер Fugaku, исследователи смогли моделировать внутренние процессы звезд с рекордным разрешением, разделив каждую на 5,4 миллиарда точек.

«Мы обнаружили, что турбулентность и магнетизм поддерживают ускоренное вращение экватора на протяжении всей жизни звезды, а не только в молодости», — пояснил Хидеюки Хотта, профессор Института исследований космической и земной среды Нагойского университета.

Магнитные поля действуют как стабилизатор. Они удерживают характерное вращение, не позволяя полюсам обгонять экватор, как предполагалось в старых моделях. Ранее из-за низкого разрешения моделирования поля «исчезали», и их значение недооценивалось.

Суперкомпьютер раскрывает тайны звезд

Суперкомпьютер Fugaku, установленный в RIKEN (Кобе, Япония), позволил исследователям учесть мельчайшие детали, недоступные старым методам. Модели показали, что магнетизм постепенно ослабевает, но не восстанавливается в старости и не приводит к обратному типу вращения, при котором полюса вращаются быстрее экватора.

Йошики Хатта, соавтор исследования, отметил:

«Наше моделирование почти идеально воспроизводит наблюдаемое вращение Солнца. Когда мы применяем его к медленно вращающимся звездам, оно также соответствует наблюдениям и не показывает обратного вращения».

Практическое значение для науки о звездах

Теперь астрономы имеют более точное представление о внутренней динамике солнечных звезд. Это помогает объяснить 11-летний цикл солнечной активности и прогнозировать влияние магнитной активности на обитаемость планет. Новые данные также улучшат модели эволюции звезд и интерпретацию наблюдений далеких светил.

Fugaku используется с марта 2021 года и показывает лучшие в мире результаты в международных тестах суперкомпьютеров. Высокая точность моделирования позволяет ученым создавать реалистичные сценарии поведения звезд на протяжении миллиардов лет и лучше понимать механизмы их внутреннего вращения.