В их интерьерах звезды имеют многослойную структуру, напоминающую луковицу. В тех, где температура близка к солнечной, за ядром следует зона излучения. Там тепло изнутри отводится наружу посредством излучения. По мере того, как звездная плазма становится все холоднее снаружи, в переносе тепла преобладают потоки плазмы: горячая плазма изнутри поднимается на поверхность, охлаждается и снова опускается вниз.
Этот процесс называется конвекцией. В то же время вращение звезды, зависящее от широты звезды, вносит сдвиговые движения.
Вместе оба процесса закручивают и закручивают силовые линии магнитного поля и создают сложные магнитные поля звезды в динамо-процессе, который еще не полностью изучен.
«К сожалению, мы не можем смотреть прямо на Солнце и другие звезды, чтобы увидеть эти процессы в действии, но вынуждены прибегать к более косвенным методам», – говорит доктор. Юри Лехтинен из Института исследования солнечной системы им. Макса Планка (MPS) в Германии, первый автор новой статьи, опубликованной сегодня в журнале Nature Astronomy.
В своем текущем исследовании исследователи сравнили уровни активности разных звезд, с одной стороны, и их вращательные и конвективные свойства, с другой. Цель заключалась в том, чтобы определить, какие свойства имеют сильное влияние на активность. Это может помочь понять специфику динамо-процесса в.
В прошлом было предложено несколько моделей звездного динамо, но преобладают две основные парадигмы. В то время как один из них делает больший упор на вращение и предполагает лишь незначительные эффекты конвекционных потоков, другой решающим образом зависит от турбулентной конвекции. В этом типе конвекции горячая звездная плазма не поднимается на поверхность в крупномасштабных, уравновешенных движениях. Скорее, преобладают мелкомасштабные интенсивные потоки.
Чтобы найти доказательства той или иной из двух парадигм, Лехтинен и его коллеги впервые взглянули на 224 очень разных звезды. В их выборку вошли как звезды главной последовательности, которые, так сказать, находятся в расцвете сил, так и более старые, более развитые звезды-гиганты. Обычно конвекционные и вращательные свойства звезд меняются с возрастом. По сравнению со звездами главной последовательности, эволюционирующие звезды демонстрируют более толстую зону конвекции, часто расширяющуюся на большую часть диаметра звезды, а иногда и полностью заменяющую зону излучения.
Это приводит к увеличению времени оборота конвективного теплопереноса. При этом вращение обычно замедляется.
Для своего исследования исследователи проанализировали набор данных, полученных в обсерватории Маунт-Вильсон в Калифорнии (США), которые в течение нескольких лет регистрировали излучения звезд с длинами волн, типичными для ионов кальция, обнаруженных в звездной плазме. Эти выбросы коррелируют не только с уровнем активности звезд.
Комплексная обработка данных позволила также определить периоды вращения звезд.
Как и на Солнце, на звездах иногда появляются пятна с участками чрезвычайно высокой напряженности магнитного поля, так называемыми активными областями, которые часто связаны с темными пятнами на видимой поверхности звезд. «Когда звезда вращается, эти области попадают в поле зрения и выходят из нее, что приводит к периодическому увеличению и уменьшению яркости излучения», – сказал профессор.
Доктор. Маарит Капила из Университета Аалто в Финляндии, которая также возглавляет исследовательскую группу "Солнечные и звездные динамо" в MPS, объясняет.
Однако, поскольку звездные эмиссии также могут колебаться из-за других эффектов, определить периодические изменения – особенно в течение длительных периодов – сложно.
«Некоторые из изученных нами звезд показывают периоды вращения в несколько сотен дней и, что удивительно, по-прежнему обладают уровнем магнитной активности, аналогичным другим звездам, и удивительно даже магнитными циклами, такими как Солнце», – говорит доктор. Нигуль Олсперт из MPS, проанализировавшая данные.
Солнце, для сравнения, вращается довольно быстро с периодом вращения всего около 25 дней на солнечном экваторе. Времена конвективного оборота были рассчитаны с помощью моделирования звездной структуры с учетом массы, химического состава и стадии эволюции каждой звезды.
Анализ ученых показывает, что уровень активности звезды не зависит – как предполагали другие исследования, основанные на меньших и более однородных выборках, включающих только звезды главной последовательности – только от ее вращения. Вместо этого, только при учете конвекции можно единым образом понять поведение звезд главной последовательности и эволюционировавших звезд. «Совместное действие вращения и конвекции определяет, насколько активна звезда», – сказал проф.
Капила резюмирует. «Наши результаты склоняют чашу весов в пользу динамо-механизма, включая турбулентную конвекцию», – добавляет она.