Группа астрофизиков обнаружила окаменелый магнетизм на давно погибших звездах, которые называют белыми карликами. Это открытие может объяснить, как светила переходят из раздутой фазы красного гиганта в компактное тлеющее состояние белого карлика. Наше Солнце пройдет через этот процесс примерно через 5 миллиардов лет.
Исследователи связали теоретическую модель с наблюдениями звезд на разных этапах их жизни. Они соединили доказательства наличия магнитных полей на поверхности белых карликов с магнетизмом, зафиксированным в ядрах красных гигантов. Модель строится на идее, что магнитные поля, которые формируются в начале жизни звезды, сохраняются на всех поздних стадиях и в итоге выходят на поверхность белых карликов спустя миллиарды лет как ископаемые поля.
Как астеросейсмология помогла в исследовании
Имея эти данные, ученые использовали измерения звездных колебаний, или просто звездотрясений. Они применили методы из области астеросейсмологии. Это позволило им развить теорию ископаемого поля как объяснение звездного магнетизма.
Один из руководителей исследования Лукас Айнрамхоф из Института науки и технологии Австрии объяснил, что магнитное поле в звезде важно для того, как светило работает изнутри, как долго оно живет и как развивается. В целом, добавил он, более старые белые карлики склонны быть более магнитными, чем молодые. Исследование команды было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.
От красного гиганта до белого карлика
Чтобы понять связь между красными гигантами и белыми карликами, нужно представить финальную эволюцию нашего Солнца. Примерно через 5 миллиардов лет Солнце исчерпает водород в своем ядре. Оно больше не сможет проводить термоядерный синтез, который превращает водород в гелий. А это главный источник энергии Солнца. Внешнее давление, которое не дает Солнцу схлопнуться под собственной тяжестью, тоже прекратится.
Когда ядро Солнца сожмется, его внешние слои, где синтез все еще идет, расширятся примерно в 100 раз от первоначальной ширины Солнца, а может быть, и больше. Это фаза красного гиганта. В Солнечной системе это может привести к тому, что Солнце поглотит каменистые планеты, включая Землю, вплоть до орбиты Марса.
Фаза красного гиганта у Солнца будет относительно недолгой, ожидается, что она продлится всего 1 миллиард лет. Внешние слои звезды в итоге остынут и рассеются, оставив туманность из бывшего звездного материала вокруг ядра Солнца. Затем это ядро станет обнаженным остывающим остатком, который и называют белым карликом. Это финальная стадия жизни для всех звезд с массой, похожей на солнечную.
Недавно ученые, изучающие звезды, исследовали недра красных гигантов с помощью звездотрясений. Это похоже на то, как сейсмологи на Земле используют сейсмические волны и землетрясения для изучения нашей планеты.
Эти исследования показали, что магнитные поля существуют в ядрах красных гигантов, в то время как у белых карликов поля есть на поверхности. Айнрамхоф и его коллеги считают, что модель ископаемого поля соединяет эти магнитные поля на двух разных этапах эволюции звезд. И это несмотря на то, что теория потеряла популярность среди ученых в последние годы.
Ученый пояснил, что поскольку белый карлик — это обнаженное ядро красного гиганта, который сбросил свои внешние слои, эти разные наблюдения по сути изучают одну и ту же область звездных недр на разных стадиях эволюции. Если магнитное поле, наблюдаемое в фазе красного гиганта, то же самое, которое потом проявляется на поверхности белого карлика, тогда теория ископаемого поля может объяснить и связать эти наблюдения.
Что это значит для будущего Солнца
Исследователи предполагают, что после фазы красного гиганта сброс внешних слоев звезды оставит отличительные свойства на поверхности ее остатка-белого карлика. Один из ключевых элементов здесь — то, насколько далеко простирается магнетизм в ядре красного гиганта.
Айнрамхоф объяснил, что для связи магнитных полей на поверхности старых белых карликов с полями в ядре их предков-красных гигантов большая часть звезды должна быть намагничена. Однако это не значит, что звезды сильнее намагничены, а только то, что магнитные поля уже охватывают большую часть их ядра.
Команда также выяснила, как эволюция звезды влияет на форму ее магнитного поля. Оказалось, что вместо того чтобы быть сосредоточенным в одной точке, поле образует сегментированную структуру, похожую на поверхность баскетбольного мяча. Причем у поверхности оно сильнее, чем в ядре.
Все это может дать ученым лучшее представление о том, что ждет Солнце в будущем, а также об общем состоянии нашей звезды глубоко под ее поверхностью.
Айнрамхоф признался, что ученые до сих пор не знают, является ли ядро Солнца магнитным. Даже несмотря на то, что это наша собственная звезда, мы практически слепы к тому, что происходит в ее центре. Текущие прогнозы предполагают, что ядро Солнца не магнитное. Но если окажется, что это не так, такая информация изменила бы все, что мы знаем, и все модели, на которых основана работа. Учитывая, как мало известно на данном этапе, исследование показывает, что звезды, скорее всего, все являются магнитными. Но мы не всегда можем обнаружить этот магнетизм.
Следуя выводам команды, ученые также могут выяснить, что наша звезда возрастом 4,6 миллиарда лет проживет немного дольше, чем рассчитано сейчас.
Айнрамхоф добавил, что если Солнце сможет каким-то образом доставить водород из своих внешних слоев в ядро, оно сможет жить дольше. Один из способов сделать это — сильные магнитные поля. Однако поля могут привести и к совершенно другому результату.
