"Тяжёлая" звезда раскрыла тайны солнечной активности

Команда учёных во во главе с Кристоффером Кароффом (Christoffer Karoff) из Орхусского университета в Дании опубликовала в издании Astrophysical Journal статью, в которой рассказывает об изучении цикла активности звезды HD 173701. Она очень похожа на Солнце, но содержит вдвое больше тяжёлых элементов.

Это самое подробное исследование цикла активности "чужой" звезды и первое исследование, в котором особенности этого цикла связываются с химическим составом светила. Собранный материал поможет лучше понять поведение Солнца, влияющее на жизнь на Земле.

Солнечная активность циклична, и цикл продолжается 11 лет. Вблизи так называемого максимума цикла на Солнце много пятен, вспышек и других проявлений активности. Когда активность достигает минимума, такие события становятся очень редкими.

Что является причиной возникновения такого цикла? Почему его продолжительность составляет именно 11 лет? Почему Солнце иногда "выбивается из графика" и случаются такие отклонения, как минимум Маундера, в течение которого пятен на Солнце почти не было в течение полувека?

Ответов никто не знает. Учёные выяснили, что цикл солнечной активности вызывается циклическим поведением магнитного поля Солнца. Но неясно, почему магнитное поле ведёт себя таким образом. Это поле порождается сложным взаимодействием токов в плазме, вращения Солнца и переноса горячего вещества из недр светила к поверхности (конвекцией). Этот природный механизм, который специалисты называют солнечным динамо, всё ещё довольно плохо изучен.

Одна из причин такого положения дел – скудность наблюдательных данных о циклах активности других звёзд. Всё, как известно, познаётся в сравнении, и, только имея обширный фактический материал, можно отделить общее и закономерное от частного и случайного.

Новое исследование дарует человечеству важный кусочек паззла. В пресс-релизе университета Карофф сравнивает его с Розеттским камнем. Как известно, тот помог Шампольону расшифровать древнеегипетские иероглифы: одна и та же надпись была выполнена на этом камне и на языке Древнего Египта, и по-гречески.

Звезда HD 173701 расположена в созвездии Лебедя на расстоянии 120 световых лет от Земли. Она очень похожа на Солнце по массе, радиусу и возрасту, но содержит вдвое больше элементов тяжелее гелия (как говорят специалисты, имеет более высокую металличность). Это связано с тем, что звезда образовалась из обогащённого этими элементами вещества, например, оставшегося после взрыва сверхновой.

Такая звезда – находка для учёных. Ведь это классическая схема научного эксперимента: изменить только один параметр из многих и посмотреть, как это повлияет на результат. В данном случае учёным представилась возможность выяснить, как химический состав звезды влияет на цикл её активности.

Астрономы использовали наблюдательные данные, полученные с 1996 по 2015 годы, а также несколько более ранних наблюдений, выполненных в 1970-е и 1980-е. Исследовался как блеск звезды, на который влияет количество пятен и факелов, так и её спектр, который позволяет судить о состоянии магнитного поля. Как поясняет пресс-релиз, цикл активности подробнее изучен только у одной звезды: нашего родного Солнца.

Оказалось, что активность HD 173701 подчиняется циклу продолжительностью 7,4 земных лет. При этом амплитуда изменения магнитного поля вдвое больше, чем у Солнца, а изменения в светимости звезды имеют ещё больший "размах".

Используя физические модели процессов, происходящих в недрах и атмосфере звезды, учёные предложили объяснение этому явлению. Во-первых, повышенное содержание тяжёлых элементов делает звезду менее прозрачной, что меняет баланс механизмов переноса энергии из центра звезды к её поверхности.

Уменьшается роль лучистого переноса, зато увеличивается вклад конвекции. Это влияет на поведение магнитного поля и на вращение звезды. Во-вторых, "тяжёлый" химический состав увеличивает контраст между яркими факелами, которых много в фазе максимума активности, и излучением "спокойной" поверхности звезды.

Собранные данные, как надеются авторы, помогут лучше понять механизмы активности и нашего родного светила. А этот вопрос важен не только для удовлетворения благородного любопытства учёных. Например, уже упоминавшийся минимум Маундера совпал с самой холодной фазой малого ледникового периода, и исследователи до сих спорят, случайность это или влияние солнечной активности на климат и в самом деле настолько значительно.

К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о вспышках на Солнце и о том, почему не нужно их бояться. Говорили мы и о новом методе прогноза солнечной активности, разработанном российскими учёными.

Не обошёл наш проект вниманием и проявления активности у других звёзд. Мы говорили о бурях в их атмосферах, астросейсмологии и пятнах, возникающих под влиянием планет.