Superpočítač odhalil 45-ročný ľudský omyl. Hviezdy vo vesmíre sú úplne iné, než sme si mysleli

Astronómovia si celé desaťročia mysleli, že hviezdy podobné nášmu Slnku sa v starobe začnú otáčať inak než dnes. Podľa dlho uznávanej teórie sa mala ich rotačná dynamika postupne obrátiť. Póly by sa mali začať otáčať rýchlejšie než rovník. Nový výskum z Japonska však naznačuje, že tento scenár je pravdepodobne nesprávny, upozorňuje Interesting Engineering.

Vedci z Nagoya University využili jeden z najvýkonnejších superpočítačov sveta a vytvorili mimoriadne detailnú simuláciu vnútorných procesov hviezd podobných Slnku. Výsledok prekvapil aj samotných výskumníkov. Podľa nových výpočtov si hviezdy môžu zachovať rovnaký rotačný režim počas celého svojho života, aj keď sa postupne spomaľujú.

„Simulácia dokáže takmer dokonale reprodukovať pozorovaný rotačný vzorec Slnka. Keď ju aplikujeme na pomalšie rotujúce hviezdy, výsledky tiež zodpovedajú astronomickým pozorovaniam a neukazujú žiadnu antislnkovú rotáciu,“ vysvetlil spoluautor štúdie Yoshiki Hatta z Nagoya University.

Na rozdiel od Zeme sa hviezdy neotáčajú ako pevné teleso. Sú tvorené extrémne horúcim plazmatickým plynom, ktorý sa neustále pohybuje. Rôzne časti hviezdy sa preto môžu otáčať rozdielnou rýchlosťou. Tento jav sa nazýva diferenciálna rotácia.

V prípade Slnka sa rovník otočí približne raz za 25 dní, zatiaľ čo oblasti pri póloch potrebujú asi 35 dní. Rovník sa teda pohybuje rýchlejšie než póly. Astronómovia predpokladali, že tento vzorec sa v priebehu miliárd rokov zmení.

Ako hviezdy starnú, postupne strácajú rotačnú energiu a ich rotácia sa spomaľuje. Staršie modely predpokladali, že pomalšie otáčanie zásadne zmení pohyb horúceho plynu hlboko vo vnútri hviezdy. Tieto prúdy mali reorganizovať vnútornú dynamiku tak, že póly by sa začali otáčať rýchlejšie než rovník. Tento stav vedci označovali ako antislnkovú diferenciálnu rotáciu.

Problémom však bolo, že astronómovia takýto typ rotácie v skutočných hviezdach nikdy jednoznačne nepozorovali. Objavoval sa iba v počítačových modeloch.

Bing Image Creator/NASA/CXC/U.Texas

Superpočítač priniesol zásadnú presnosť

Aby vedci pochopili tento rozpor, rozhodli sa vytvoriť omnoho presnejšie numerické simulácie. Modelovali vnútro hviezd pomocou magnetohydrodynamických výpočtov, ktoré súčasne sledujú pohyb plazmy aj správanie magnetických polí.

Výpočty prebiehali na japonskom superpočítači Fugaku, ktorý patrí medzi najvýkonnejšie systémy na svete. Simulácia bola mimoriadne detailná. Každá modelovaná hviezda bola rozdelená na približne 5,4 miliardy výpočtových bodov.

Takéto rozlíšenie umožnilo vedcom sledovať aj veľmi jemné turbulentné pohyby a magnetické štruktúry vnútri hviezdy. Práve tento detail sa ukázal ako kľúčový. Staršie simulácie používali výrazne menej výpočtových bodov. V dôsledku toho sa magnetické pole počas výpočtov umelo oslabovalo, čo viedlo k nesprávnym záverom o jeho vplyve na rotáciu hviezd.

ESO/L.Calçada

Magnetické pole mení pravidlá hry

Keď vedci spustili novú simuláciu s vysokým rozlíšením, magnetické pole zostalo stabilné a silné počas celého výpočtu. Výsledky ukázali, že práve magnetizmus v kombinácii s turbulentným pohybom plynu udržiava rýchlejšiu rotáciu rovníka.

Simulácia dokázala veľmi presne reprodukovať aj skutočné rotačné správanie nášho Slnka. Keď výskumníci aplikovali rovnaký model na hviezdy, ktoré rotujú ešte pomalšie než Slnko, výsledok sa nezmenil. Rotácia zostala takzvane slnečného typu.

Vedci zároveň zaznamenali ešte jeden zaujímavý trend. Magnetické pole hviezdy sa počas jej života postupne oslabuje. Staršie teórie predpokladali, že by sa mohlo opäť zosilniť práve v okamihu, keď sa rotačný režim preklopí. Nové simulácie však takýto scenár nepotvrdili.

Autori štúdie uvádzajú, že „magnetické pole sa počas života hviezdy monotónne znižuje“.

Nový pohľad na evolúciu hviezd

Ak sa tieto výsledky potvrdia aj ďalšími výskumami, môžu výrazne zmeniť pohľad astronómov na vývoj hviezd podobných Slnku. Rotačné vlastnosti hviezd totiž ovplyvňujú množstvo ďalších procesov vrátane magnetickej aktivity, výronov energetických častíc či tvorby hviezdneho vetra.

Presnejšie pochopenie týchto javov môže mať význam aj pre výskum planét obiehajúcich okolo hviezd. Aktivita materskej hviezdy totiž zásadne ovplyvňuje prostredie v planetárnych systémoch a môže rozhodovať o tom, či planéta dokáže udržať podmienky vhodné pre život počas miliárd rokov.

Čítajte viac z kategórie: Novinky