В недрах Солнца располагается тонкий слой, от которого во многом зависит космическая погода на Земле, — тахоклин. Это переходная зона между внутренней областью лучистого переноса и внешней конвективной зоной, где скорость вращения вещества резко меняется с глубиной.
Тахоклин рассматривают как основной компонент «солнечного динамо» — механизма, который создает и усиливает магнитное поле Солнца, инициирует вспышки и выбросы плазмы, влияющие на работу спутников, связь, навигацию и безопасность космических полетов. Но почему этот слой такой тонкий и устойчивый, долгое время оставалось загадкой.
Исследователи Калифорнийского университета в Санта-Крузе приблизились к разгадке. В своей новой работе профессор прикладной математики Николас Браммелл и постдокторант Лорен Матилски продемонстрировали, как именно магнитное поле способствует сохранению тахоклина таким тонким, а также какую роль подобные слои играют в жизни звезд, схожих с Солнцем.
Ученые работают в рамках центра NASA COFFIES, который исследует, каким образом магнитные поля и потоки плазмы внутри и вокруг Солнца формируют космическую погоду. Для воспроизведения поведения тахоклина команда создала серию усовершенствованных численных моделей, затратив сотни миллионов часов работы на самом мощном суперкомпьютере NASA. Эти симуляции существенно лучше, чем предыдущие, имитируют реальные процессы, происходящие в солнечных недрах.
Результат оказался двусторонним: стало очевидно, что тахоклин действительно важен для усиления крупномасштабного магнитного поля, но и само это поле критично для существования тонкого тахоклина. Магнитные силовые линии помогают «сжимать» и удерживать слой, предотвращая его размывание турбулентными потоками. «Рисуется картина, в которой верно и обратное: крупномасштабное магнитное поле может быть одной из основных причин того, что тахоклин вообще существует», подчеркивает Матилски.
Новая работа поднимает и другой вопрос, который давно интересовал ученых — как звезды со временем замедляют свое вращение. Установлено, что внешние слои звезды замедляются ее магнитным полем, взаимодействуя с ветром звезды и межзвездной средой. Но как это замедление передается в глубь, к более плотному ядру, оставалось непонятным.
Симуляции показывают, что тахоклин, связанный с недрами тем же полем динамо, выступает в роли передаточного механизма. Магнитные линии, одновременно удерживающие тонкий слой и пронизывающие внутренние области, «соединяют» внешние и внутренние зоны звезды и позволяют замедлению вращения достичь зоны лучистого переноса.