Ученые узнали, что происходит в ядрах крупных звезд

В течение большей части своей жизни звезды превращают водород в гелий в своих ядрах. Так звезды производят энергию, необходимую для сияния, и не дают себе рухнуть под тяжестью собственного веса. Поскольку водород превращается в гелий, в ядре количество водорода уменьшается, и это может стать проблемой для крупных звезд. Им нужно расплавлять огромное количество водорода, чтобы продолжать сиять, а они не могут этого сделать, когда в ядре заканчивается водород. Проблема решается, когда в ядро поступает дополнительный водород. Новое исследование в Nature Astronomy рассказывает, как именно это происходит.

У звезд, подобных Солнцу, ядро  окружено радиационным слоем. Этот слой настолько плотный, что фотонам требуются десятки тысяч лет, чтобы пройти через него. Атомы в этом слое не сильно перемешиваются. Над радиационным слоем находится конвективный слой, в котором уже происходит активное перемешивание. Водород в ядре Солнца не пополняется, поскольку он переплавляется в гелий, и его пока достаточно, чтобы обеспечивать Солнце энергией в течение миллиардов лет.

Если бы у более крупных звезд была такая же внутренняя структура, как у нашего Солнца, они бы довольно быстро сжигали весь водород в ядре, заполняя ядро  «гелиевым пеплом», и он ограничивал бы способность звезды плавить водород. Поэтому астрономы считают, что у крупных звезд есть конвективное ядро, которое позволяет водороду из более высоких слоев смешиваться с ядром. Но как это доказать?

В новом исследовании астрономов из Калифорнийского университета использовался метод, известный как астросейсмология, который изучает, как движется поверхность звезды и изменяется ее яркость. Хотя некоторые из этих явлений могут быть вызваны звездными вспышками, большая их часть  случается из-за колебаний внутри звезды.

Команда астрономов исследовала 26 звезд B-типа, которые имеют пульсирующую яркость. Эти яркие голубые звезды в 3-20 раз больше массы нашего Солнца и они пульсируют с частотой от 12 часов до 5 дней. Используя данные телескопа Кеплер NASA, команда смогла показать, что многие из этих звезд имеют конвективное ядро, что позволяет водороду смешиваться.

Один из интересных выводов, который сделали ученые, заключался в том, что степень перемешивания не коррелирует с возрастом и массой звезды. То есть перемешивание не всегда усиливается с возрастом, размерами и даже нагреванием звезды. Напротив, его скорость разная: у некоторых звезд очень слабое перемешивание ядра, в то время как у других его скорость в миллион раз выше. Зато, похоже, скорость перемешивания связана с внутренними колебаниями звезды.

Из-за того, что степень перемешивания в ядре звезды может влиять на ее время жизни и эволюцию, изучение этого процесса очень важно. Дальнейшее исследование звездных колебаний с помощью астросейсмологии позволит ученым лучше понять звездную структуру и эволюцию, а также непосредственно исследовать межзвездные пространства и сравнивать данные с прогнозами звездных моделей.