Астрономы нашли скрытый механизм солнечных вспышек
Астрофизики приблизились к разгадке одной из главных загадок Солнца — почему тонкий слой внутри звезды остается стабильным и как он влияет на мощные вспышки и другие проявления солнечной активности. В исследовании, опубликованном в журнале Astrophysical Journal, ученые показали, что магнитные поля не только участвуют в работе этого слоя, известного как тахоклин, но и помогают сохранять его необычайно малую толщину.
Исследование провели профессор прикладной математики Николас Браммелл, постдокторант Лорен Матильски и бывшая аспирантка университета Лидия Корре в рамках проекта NASA COFFIES, изучающего влияние магнитных полей и потоков плазмы внутри и вокруг Солнца.
Тонкий слой, который управляет солнечной активностью
Тахоклин — это узкая область на границе между внутренней лучистой зоной Солнца и внешней конвективной зоной, где происходит активное перемешивание плазмы. Ученые считают, что именно здесь формируется и усиливается магнитное поле звезды.
Это поле связано с появлением солнечных пятен, вспышек и выбросов корональной массы — мощных потоков заряженных частиц, которые влияют на космическую погоду. Такие события могут нарушать работу спутников, систем связи и навигации на Земле.
Именно в тахоклине, как предполагают ученые, накапливается часть магнитной энергии, которая затем может высвобождаться в виде мощных солнечных вспышек. Новые расчеты показывают, что стабильность этого тонкого слоя напрямую связана с тем, насколько эффективно Солнце формирует и поддерживает свое магнитное поле.
«Все хотят знать, какой средой является пространство между Солнцем и Землей, потому что это влияет на нашу жизнь. Но понимание происхождения космической погоды важно и при поиске других обитаемых миров», — отметил Николас Браммелл.
Магнитное поле помогает создавать тахоклин
Долгое время ученые не могли объяснить, почему тахоклин остается настолько тонким. Предыдущие модели не могли воспроизвести его свойства без дополнительных предположений.
Команда создала новые компьютерные симуляции, которые учитывали сложное взаимодействие вращения Солнца, движения плазмы и магнитных полей. Для расчетов потребовались сотни миллионов часов работы на суперкомпьютерах НАСА.
Моделирование показало неожиданную связь: тахоклин помогает формировать солнечное магнитное поле, но одновременно само магнитное поле необходимо для сохранения этой тонкой структуры.
«Десятилетиями считалось, что тахоклин является ключевым элементом, который создает крупномасштабное магнитное поле Солнца. Теперь мы видим обратную картину: возможно, именно магнитное поле играет важную роль в существовании самого тахоклина», — рассказал Лорен Матильски.
Загадка замедления Солнца
Новое исследование также помогает объяснить другую проблему астрономии — почему звезды со временем замедляют свое вращение.
Известно, что молодое Солнце вращалось быстрее, чем сейчас. Его внешние слои постепенно теряют скорость из-за взаимодействия с магнитным полем, однако ученые долго не понимали, как это замедление передается глубоким внутренним слоям звезды.
Симуляции показали, что тахоклин может выступать связующим звеном между внешними и внутренними областями Солнца. Магнитное поле, которое удерживает этот слой, одновременно передает вращательное воздействие между разными зонами звезды.
«Мы знаем, что Солнце раньше вращалось намного быстрее и уже долго замедляется. Но возникает вопрос: почему его внутренняя лучистая зона не продолжает вращаться с прежней скоростью? Новые модели показывают, что магнитное поле, проходящее через тахоклин, может объяснить этот процесс», — сказал Матильски.
По мнению ученых, лучшее понимание работы тахоклина поможет не только прогнозировать солнечные вспышки, но и изучать магнитную активность других звезд, а значит — оценивать условия на планетах, которые могут быть пригодны для жизни.