V-kosmose.com

Почему звезды капризничают? 3D-симуляции раскрывают происхождение таинственных гейзеров

Почему звезды капризничают? 3D-симуляции раскрывают происхождение таинственных гейзеров

Снимок от моделирования взбитого газа, скрывающего звезду в 80 раз массивнее Солнца. Интенсивный свет от звездного ядра выталкивает наполненные гелием внешние отсеки, из-за чего материал выбрасывается наружу в виде гейзеров. Сплошные цвета указывают на участки с большей интенсивностью. Полупрозрачные пурпурные – плотность газа, а более светлым отмечены плотные области

Астрофизики наконец-то нашли объяснение резких перепадов настроения и капризов у некоторых из наиболее крупных, ярких и редчайших звезд Вселенной. Известно, что яркие голубые переменные периодически вспыхивают в ослепительных вспышках, именуемых звездными гейзерами. Эти мощные извержения высвобождают в пространство ценные материалы (часто планетного состава) в течение нескольких дней. Но причина подобной нестабильности десятками лет оставалась загадкой.

Теперь новые 3D-симуляции указывают на то, что турбулентное движение во внешних слоях массивной звезды формирует плотные комки звездного материала. Они захватывают яркий звездный свет (вроде паруса), извергая материал в космос. После выброса достаточной массы звезда успокаивается, пока ее внешние слои не переформируются, а цикл не запустится заново. Исследователям важно понимать причину появления звездных гейзеров, потому что каждая чрезвычайно массивная звезда, вероятно, проводить часть жизни в качестве яркой голубой переменной.

Эти массивные звезды, несмотря на небольшое количество, во многом определяют галактическую эволюцию через звездные ветры и взрывы сверхновых. Тем более что после смерти они оставляют после себя черные дыры. Яркие голубые переменные (LBV) – редкие объекты, так что в Млечном Пути и вокруг него замечено лишь около десятка подобных пятен. Масштабные звезды способны превосходить солнечную массу в 100 раз и приближаться к теоретическому пределу. LBV также невероятно яркие, где некоторые опережают нашу звезду в 1 млн. раз!

Ученые считают, что противостояние экстремального гравитационного материала и экстремальной светимости приводят к этим масштабным всплескам. Но поглощение фотона атомом требует, чтобы электроны были связаны орбитами вокруг ядра атома. В наиболее глубоких и раскаленных звездных слоях вещество ведет себя как плазма с непривязанными к атомам электронами. В более прохладных внешних слоях электроны начинают возвращаться к родным атомам, поэтому способны поглощать фотоны снова.

Ранние объяснения вспышек предсказывали, что такие элементы, как гелий во внешних слоях, способны поглощать достаточное количество фотонов для преодоления силы тяжести и вырываться в космос в виде вспышки. Но простые одномерные вычисления не сумели подтвердить эту гипотезу: внешние слои не выглядели достаточно плотными, чтобы улавливать свет и перегрузить гравитацию.

Но эти простые вычисления не отразили полную картину сложной динамики в массивной звезде. Ученые решили воспользоваться более реалистичным подходом и создали детальное 3D-компьютерное моделирование того, как материя, тепло и световой поток контактируют в гигантских звездах. При расчетах потребовалось более 60 млн. часов вычислительного процессора.

В симуляциях средняя плотность внешних слоев была слишком низкой для того, чтобы материал мог летать, как и прогнозировали одномерные расчеты. Но новые показали, что конвекция и смешение во внешних слоях приводили к тому, что некоторые области становились плотнее других и происходил выброс. Такие извержения происходят в течение временных интервалов (дни или недели), когда звезда «сгущается», а ее яркость колеблется. Считается, что такие звезды каждый год способны терять 10 миллиардов триллионов метрических тонн материала, что вдвое больше земной массы.

Исследователи планируют улучшить точность симуляций за счет добавления других эффектов, вроде звездного вращения. Это облегчит выброс материала в пространство возле стремительно вращающегося экватора, а не неподвижных полюсов.