По меркам звезд Солнце сейчас — «в меру упитанное светило в самом расцвете сил». Но, чтобы досконально понять его эволюцию и попытаться предсказать будущее развитие, ученым необходимо узнать, что представляли собой подобные тела на более ранних стадиях развития. В этом здорово помогают наблюдения за молодыми звездами того же типа и, конечно, моделирование.
Молодое Солнце в представлении художника / ©NASA's Goddard Space Flight Center, Conceptual Image Lab
Говоря о своей работе, международный коллектив астрофизиков, работавший под руководством Владимира Айрапетяна (Vladimir S. Airapetian) из Американского университета и NASA, называет ее отчетом врача или восстановлением потерянного детского фото. Так же, как доктора, ученые собрали воедино огромное количество «анализов» о разных параметрах звезды, чтобы восстановить историю ее «взросления». И словно профессионалы ретуши, они изучают «родственников» Солнца, дабы восстановить его облик в «юности».
Публикация с новыми результатами моделирования размещена в журнале The Astrophysical Journal. Исследование проводили при поддержке и финансировании Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA). Задачей ученых было моделирование звездного ветра от расположенной совсем недалеко Каппы1 Кита. Это очень молодое светило отделяют от нас всего около 30 световых лет, что по космическим меркам будто через дорогу перейти.
При этом Каппа1 Кита невероятно похожа на Солнце: масса этих двух звезд идентична в пределах погрешности измерений, спектральный класс тот же, а значит, и состав одинаковый. При этом соседнее светило моложе почти на четыре миллиарда лет. Из-за этого Каппа1 Кита имеет светимость всего в 85% солнечной, вращается вокруг своей оси гораздо быстрее и ведет себя словно малое дитя: постоянно устраивает в окружающем пространстве хаос. А точнее, выбрасывает огромное количество вещества, демонстрируя намного большую активность, чем Солнце. Так и должно быть, согласно современным представлениям об эволюции звезд.
И если значительную часть физических параметров отдаленного светила мы можем измерить с помощью телескопов, то звездный ветер до нас просто не доходит в нужном для изучения количестве. Здесь вступает в игру моделирование. Команда Айрапетяна использовала хорошо зарекомендовавший себя программный пакет Alfvén Wave Solar Model, входящий в разработанный в Мичиганском университете инструментарий Space Weather Modeling Framework. Эта модель была создана для симуляции и прогнозирования солнечного ветра, но ее можно использовать и для других звезд.
Причем за счет возможности проверить фактические параметры источаемого Солнцем вещества, высокая точность модели подтверждена практикой. Более того, подобные расчеты для Каппа1 Кита проводили ранее, но их разрешение было весьма малым. На этот раз ученые радикально повысили детализацию моделирования за счет данных об изучаемой звезде, полученных сразу четырьмя телескопами: Hubble Space Telescope, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), NICER и XMM-Newton. Одним из наглядных результатов этой работы стало впечатляющее видео распространения вещества из короны молодой звезды.
Но суть исследования заключалась не только в получении красивых динамических 3D-моделей. Именно когда Солнцу было около 700 миллионов лет, на Земле начала формироваться примитивная жизнь. В этом процессе активное участие принимали эффекты, порожденные светилом, в первую очередь поток заряженных частиц, здорово влияющих на атмосферу и химические процессы на поверхности планеты. Из-за повышенной активности звезды магнитное поле Земли (или гипотетического похожего тела в зоне обитаемости Каппа1 Кита) сжималось, причем поток солнечного ветра был таким сильным, что полярные сияния возникали даже над экватором.
После моделирования «детской версии Солнца» в лице Каппа1 Кита Айрапетян с коллегами собирается повторить то же самое со звездами несколько постарше. Это необходимо, чтобы усовершенствовать программное обеспечение и математический аппарат таких симуляций. В ближайшем будущем ученые смогут получить больше данных о ранних этапах эволюции нашего светила, а также понять, как оно повлияло на возникновение и развитие жизни на Земле.
