Астрономы впервые засняли пузырящуюся поверхность далекой гигантской звезды

Звезды похожи на лавовые лампы. Гигантские пузыри газа, разогретые у ядра, поднимаются к поверхности, где охлаждаются и «тонут». За счет этого тяжелые элементы вроде углерода и азота, образующиеся в ядре, распределяются в толще звезды. Такой перенос энергии внутри звезды играет огромную роль на разных этапах эволюции светила. Ученые также предполагают, что это «перемешивание» — конвекция — играет роль в образовании звездного ветра, уносящего все эти тяжелые элементы в открытый космос, где из них формируются другие звезды и планеты.

Лучше всего процессы конвекции изучены в Солнце. Признаки «перемешивания» удалось разглядеть на поверхности красных супергигантов и звезд меньшей массы. Чтобы строить модели и делать выводы, нужно понимать размер и «срок жизни» этих «рисунков» на поверхности звезд разного типа и возраста. Поэтому астрономы так стремятся увидеть динамику изменений.

Впервые разглядеть гранулы на поверхности звезды вне Солнечной системы удалось в 2017 году с помощью инструмента PIONIER, объединяющего данные с четырех восьмиметровых телескопов комплекса VLT. Объектом изучения стал стареющий красный гигант Пи¹ Журавля. Он расположен примерно в 530 световых годах от нас.

В рамках нового исследования наблюдения проводили на протяжении нескольких недель с помощью комплекса радиотелескопов ALMA. В результате астрономы из Технического университета Чалмерса (Швеция) смогли смонтировать таймлапс изменений на поверхности далекой звезды, впервые запечатлев их динамику.

Целью наблюдений стал красный гигант R Золотой Рыбы спектрального класса M, находящийся на поздней стадии своей эволюции. Он расположен примерно в 200 световых годах от нас, в направлении созвездия Золотая Рыба в южном полушарии неба. Его выбрали неслучайно — это самая большая по видимому размеру звезда на небе после Солнца.

По массе гигант R Золотой Рыбы сопоставим с Солнцем (0,7-1 солнечной массы), а вот по радиусу примерно в 353 раза больше нашей звезды. Авторы новой научной работы уточнили это значение по данным наблюдений ALMA. В общем, примерно так будет выглядеть Солнце через пять миллиардов лет.

Проанализировав наблюдения ALMA от июля-августа 2023 года, ученые смогли выявить на поверхности R Золотой Рыбы структуры преимущественно диаметром около 0,72 астрономической единицы, то есть в 75 раз больше Солнца.

Судя по динамике, структуры на поверхности R Золотой Рыбы «живут» приблизительно 33 земных дня. Это гораздо меньше, чем ожидали увидеть ученые, исходя из движения гранул на Солнце. Возможно, причина в том, что далекая звезда гораздо старше.

Также полученные значения расходятся с результатами расчетов. Правда, формулы расчетов выведены для звезд более высокой температуры и с более сильным притяжением на поверхности. Пока что у исследователей нет моделей, которые могли бы воспроизвести конвекцию на поверхности звезд на поздней стадии эволюции. Для построения таких моделей как раз можно использовать новые данные по R Золотой Рыбы.

«Впервые стало возможным показать бурлящую поверхность настоящей звезды таким образом. Мы не ожидали получить данные настолько высокой точности, чтобы разглядеть столь много деталей конвекции на звездной поверхности», — прокомментировал результат Вутер Влеммингс (Wouter Vlemmings), главный автор исследования и профессор Технического университета Чалмерса (Швеция). Статья его команды опубликована в журнале Nature.

Кстати, ранее исследователи выдвигали предположение, что довольно быстрое для такой звезды вращение вокруг своей оси объясняется оптическим обманом из-за смещения конвективных ячеек на поверхности. Теперь эту гипотезу опровергли, поскольку астрономы наблюдают за звездой уже более шести лет, и «рисунок» ее поверхности меняется гораздо быстрее, как показала новая научная работа.