Зоряні скам'янілості: Магнетизм та майбутнє Сонця
Розгадка "зоряних скам’янілостей": Магнітні поля мертвих зірок проливають світло на майбутнє Сонця
Астрономи, немов зоряні археологи, зробили значне відкриття: вони виявили залишковий магнетизм, або так звані "викопні поля", на давно згаслих зірках, відомих як білі карлики. Це відкриття може стати ключем до розуміння того, як зірки еволюціонують від своєї розширеної фази червоного гіганта до компактної та охолоджуваної стадії білого карлика. Цей процес чекає і на наше Сонце приблизно через 5 мільярдів років.
Дослідницька група розробила теоретичну модель, яка пов'язує спостереження за зірками на різних етапах їхнього життя. Вони зіставили докази магнітних полів на поверхнях білих карликів з магнетизмом, виявленим у ядрах червоних гігантів.
Основна ідея моделі полягає в тому, що магнітні поля, які формуються на ранніх етапах життя зірки, зберігаються протягом усіх подальших стадій еволюції, зрештою проявляючись на білих карликах через мільярди років як ті самі "викопні поля".
Для підтвердження цієї гіпотези дослідники використовували вимірювання зоряних осциляцій, які часто називають "зоряними землетрусами". Застосовуючи методи з галузі астеросейсмології, вони змогли розвинути теорію викопного поля як пояснення зоряного магнетизму.
«Магнітне поле зірки є ключовим для її внутрішнього функціонування, тривалості життя та еволюції», – пояснив Лукас Айнрамхоф зі Співкерівник групи з Австрійського інституту науки та технологій (ISTA). Він додав: «Як правило, старіші білі карлики демонструють сильніший магнетизм, ніж молодші».
Щоб краще зрозуміти цей зв'язок між червоними гігантами та білими карликами, розглянемо фінальну стадію еволюції нашої власної зірки – Сонця.
Від червоних гігантів до білих карликів: Майбутнє Сонця
Приблизно через 5 мільярдів років Сонце вичерпає запаси водню у своєму ядрі, припинивши процес ядерного синтезу, що перетворює водень на гелій. Оскільки цей процес є основним джерелом енергії Сонця, зовнішній тиск, який утримує зірку від гравітаційного колапсу, зникне.
У міру стиснення ядра Сонця його зовнішні шари, де ядерний синтез все ще триває, почнуть розширюватися, збільшившись приблизно в 100 разів від поточного розміру, можливо, навіть більше. Це буде фаза червоного гіганта. У Сонячній системі це може призвести до поглинання кам'янистих планет, включаючи Землю, аж до орбіти Марса.
Фаза червоного гіганта Сонця буде відносно короткою, триватиме близько 1 мільярда років. Згодом зовнішні шари зірки охолонуть і розсіються, утворивши туманність з колишньої зоряної речовини. Залишиться оголене, охолоджувальне ядро Сонця, яке стане білим карликом. Це кінцева стадія життя для всіх зірок з масою, подібною до Сонця.
Нещодавно вчені почали досліджувати надра червоних гігантів за допомогою зоряних поштовхів, подібно до того, як сейсмологи використовують землетруси для вивчення внутрішньої структури Землі.
Ці дослідження виявили наявність магнітних полів у ядрах червоних гігантів, тоді як білі карлики, як виявилося, мають магнітні поля на своїх поверхнях. Айнрамхоф та його колеги вважають, що модель викопного поля зоряного магнетизму може пов'язати ці магнітні поля на двох різних фазах еволюції зірок, незважаючи на те, що ця теорія втратила популярність серед вчених в останні роки.
«Оскільки білий карлик – це по суті оголене ядро червоного гіганта, що скинув свої зовнішні шари, ці різні спостереження вивчають одну й ту саму область надр зірки на різних етапах еволюції», – пояснив Айнрамхоф. «Якщо магнітне поле, спостережуване на фазі червоного гіганта, збігається з тим, яке еволюціонує і спостерігається на поверхні білого карлика, то теорія викопного поля може пояснити та об'єднати ці спостереження».
Він та його команда висувають гіпотезу, що після фази червоного гіганта скидання зовнішніх шарів зірки залишить характерні властивості на поверхні її наступника – білого карлика. Ключовим моментом тут є те, наскільки далеко поширюється магнетизм у ядрі червоного гіганта.
«Щоб пов'язати магнітні поля, що спостерігаються на поверхні старих білих карликів, з тими, що виявлені в ядрі їхніх попередників – червоних гігантів, намагніченою має бути значна частина зірки», – пояснив Айнрамхоф. «Однак це не означає, що зірки намагнічені сильніше, а лише те, що магнітні поля повинні охоплювати більшу частину їхнього ядра вже на ранніх етапах».
Команда також визначила, як еволюція зірки впливає на форму її магнітного поля. Вони виявили, що замість концентрації в одній точці воно утворює сегментовану структуру, що нагадує поверхню баскетбольного м'яча, яка є сильнішою біля поверхні, ніж у ядрі.
Наслідки для нашого Сонця
Усі ці відкриття можуть надати вченим краще розуміння майбутнього Сонця, а також загального стану нашої зірки глибоко під її поверхнею.
«Ми досі не знаємо, чи є ядро Сонця магнітним. Хоча це наша власна зірка, ми практично сліпі до того, що відбувається в її центрі», – зауважив Айнрамхоф. «Поточні прогнози припускають, що ядро Сонця не є магнітним. Але якщо виявиться, що це не так, ця інформація змінить усі наші знання та всі моделі, на яких ми базували свою роботу. З огляду на те, як мало ми знаємо на даному етапі, наше дослідження припускає, що зірки, найімовірніше, всі магнітні. Але ми не завжди можемо виявити цей магнетизм».
Слідуючи шляхом, прокладеним командою, вчені також можуть виявити, що нашій зірці віком 4,6 мільярда років залишилося жити трохи довше, ніж розраховується на даний час.
«Якщо Сонце зможе якимось чином перенести водень із зовнішніх шарів у ядро, воно зможе прожити довше. Одним із способів зробити це можуть бути сильні магнітні поля», – зазначив Айнрамхоф. «Однак магнітні поля можуть призвести й до зовсім іншого результату».
