Astronomowie z Helsinek odkryli zaskakujący profil rotacji pobliskiej gwiazdy V889 Herculis.
Pobliska gwiazda V889 Herculis zaskoczyła astronomów z Uniwersytetu w Helsinkach swoim nietypowym profilem rotacji. Różni się on znacząco od profilu rotacji naszego Słońca. To odkrycie rzuca nowe światło na podstawowe procesy zachodzące w gwiazdach i pomaga nam lepiej zrozumieć aktywność Słońca, budowę jego plam słonecznych i erupcje.
Słońce obraca się najszybciej na równiku, podczas gdy prędkość rotacji zwalnia na wyższych szerokościach heliograficznych i jest najwolniejsza w rejonach biegunów. Ale pobliska gwiazda podobna do Słońca V889 Herculis, znajdująca się około 115 lat świetlnych w konstelacji Herkulesa, rotuje najszybciej na szerokościach asterograficznych około 40 stopni, podczas gdy zarówno równik, jak i rejony biegunów wirują wolniej.
Podobnego profilu rotacyjnego nie zaobserwowano dla żadnej innej gwiazdy. Wynik ten jest oszałamiający, ponieważ rotacja gwiazdy jest uważana za dobrze zrozumiały fundamentalny parametr fizyczny, ale taki profil rotacji nie został przewidziany nawet w symulacjach komputerowych.
Zastosowaliśmy nowo opracowaną technikę statystyczną do danych znanej gwiazdy, która od lat jest badana na Uniwersytecie w Helsinkach. Nie spodziewaliśmy się zaobserwować takich anomalii w rotacji gwiazd. Anomalie w profilu rotacyjnym V889 Herculis wskazują, że nasza wiedza na temat dynamiki gwiazd i dynamiki magnetycznej jest niewystarczająca – wyjaśnił badacz Mikko Tuomi, który koordynował badania.
Dynamika kuli plazmowej
Gwiazda wzięta na cel, V889 Herculis, przypomina młode Słońce, opowiadając historię i ewolucję Słońca. Tuomi podkreśla, że zrozumienie astrofizyki gwiazdowej jest kluczowe, aby na przykład przewidzieć zjawiska wywołane aktywnością na powierzchni Słońca, takie jak plamy i erupcje.
Gwiazdy to kuliste struktury, w których materia jest w stanie plazmy, składającej się z naładowanych cząstek. Są to dynamiczne obiekty, które pozostają w równowadze między ciśnieniem generowanym w reakcjach jądrowych w ich jądrach a ich własną grawitacją. W przeciwieństwie do wielu planet nie mają stałych powierzchni.
Gwiazdy nie obracają się równomiernie na całej swojej powierzchni. To zjawisko, znane jako rotacja różnicowa, oznacza, że prędkość obrotu gwiazdy jest różna na różnych szerokościach asterograficznych. Przyczyną tego jest konwekcja, czyli unoszenie się gorącej plazmy w kierunku powierzchni gwiazdy. Konwekcja wpływa na lokalną prędkość rotacji, ponieważ pęd kątowy musi być zachowany. W pobliżu równika konwekcja zachodzi prostopadle do osi obrotu, podczas gdy w pobliżu biegunów jest równoległa do osi.
Jednak wiele czynników, takich jak masa gwiazdowa, wiek, skład chemiczny, okres rotacji i pole magnetyczne, ma wpływ na rotację i powoduje zmiany w profilach rotacji różnicowej.
Statystyczna metoda określająca profil rotacji
Thomas Hackman, docent astronomii, który uczestniczył w badaniach, wyjaśnia, że Słońce było jedyną gwiazdą, dla której możliwe było zbadanie profilu rotacyjnego.
Rotacja różnicowa gwiazd jest bardzo istotnym czynnikiem, który ma wpływ na aktywność magnetyczną gwiazd. Opracowana przez nas metoda otwiera nowe okno na wewnętrzne funkcjonowanie innych gwiazd.
Astronomowie z Wydziału Fizyki Cząstek i Astrofizyki Uniwersytetu Helsińskiego określili profil rotacyjny dwóch pobliskich młodych gwiazd poprzez zastosowanie nowego modelowania statystycznego do obserwacji jasności na długiej linii bazowej. Modelowali oni okresowe zmiany w obserwacjach poprzez uwzględnienie różnic w pozornym ruchu plamy na różnych szerokościach asterograficznych. Ruch plamy umożliwił następnie oszacowanie profilu rotacyjnego gwiazd.
Druga z badanych gwiazd, LQ Hydrae w konstelacji Hydry, rotuje podobnie jak ciało sztywne – rotacja wydawała się niezmieniona od równika do biegunów, co wskazuje, że różnice są bardzo małe.
Naukowcy oparli swoje wyniki na obserwacjach gwiazd docelowych z Obserwatorium Fairborn. Jasności gwiazd były monitorowane za pomocą zrobotyzowanych teleskopów przez około 30 lat, co zapewnia wgląd w zachowanie gwiazd przez długi okres czasu.
Tuomi docenia pracę starszego astronoma Gregory’ego Henry’ego z Uniwersytetu Tennessee w Stanach Zjednoczonych, który kieruje kampanią obserwacyjną Fairborne.
Przez wiele lat projekt Grega był niezwykle cenny w zrozumieniu zachowania pobliskich gwiazd. Niezależnie od tego, czy motywacją jest badanie rotacji i właściwości młodych, aktywnych gwiazd, czy też zrozumienie natury gwiazd z planetami, obserwacje z Obserwatorium Fairborne były absolutnie kluczowe. To niesamowite, że nawet w erze wielkich obserwatoriów kosmicznych możemy uzyskać fundamentalne informacje na temat astrofizyki gwiazdowej za pomocą małych 40-centymetrowych teleskopów naziemnych.
Gwiazdy V889 Herculis i LQ Hydrae mają około 50 milionów lat i pod wieloma względami przypominają młode Słońce. Obie wirują bardzo szybko, z okresem rotacji wynoszącym zaledwie około półtora dnia. Z tego powodu obserwacje jasności na długiej linii bazowej zawierają wiele cykli rotacyjnych. Gwiazdy zostały wybrane jako cele, ponieważ były obserwowane przez dziesięciolecia i ponieważ obie były aktywnie badane na Uniwersytecie w Helsinkach.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Uniwersytet Helsiński