Астрономы давно установили, что когда звезды, подобные нашему Солнцу, исчерпывают водород в своем ядре, они увеличиваются в размерах и становятся красными гигантами, достигая размеров примерно в сто раз больше первоначальных.
С 1970-х годов наблюдения показали, что химический состав на поверхности звезд меняется по мере их превращения в красные гиганты: например, происходит сдвиг в соотношении изотопов углерода. Это указывает на то, что вещество из глубоких слоев каким-то образом поднимается к поверхности. Однако между ядром, где проходят термоядерные реакции, и внешней оболочкой звезды находится стабильный барьерный слой — и как вещество преодолевает этот барьер, долгое время оставалось вопросом.
Теперь найден ответ. В новом исследовании ученые из Университета Виктории (Канада) и Университета Миннесоты доказали, что ключевую роль в этом процессе играет вращение звезды.
Конвективные движения — бурлящие потоки вещества во внешней оболочке красного гиганта — создают так называемые внутренние волны, которые проникают через барьерный слой. Ранее проведенные расчеты показывали, что эти волны переносят недостаточно материала, чтобы объяснить наблюдаемые изменения. Однако стало известно, что вращение звезды значительно увеличивает эффективность этого перемешивания — более чем в 100 раз по сравнению с невращающейся звездой. И чем быстрее происходит это вращение, тем интенсивнее перенос.
«Используя трехмерные симуляции высокого разрешения, мы смогли определить, как вращение звезды влияет на способность элементов преодолевать барьер, — говорит ведущий автор исследования Симон Блуэн. — Вращение звезды дает естественное объяснение наблюдаемым химическим сигнатурам типичных красных гигантов».
Это открытие стало возможным благодаря современным суперкомпьютерам, в частности, канадскому суперкомпьютеру Trillium, запущенному в августе 2025 года. Трехмерные гидродинамические симуляции, моделирующие потоки вещества внутри звезды, требуют значительных вычислительных ресурсов. «Вращение давно считалось частью решения этой задачи, но ограниченные вычислительные мощности до недавнего времени не позволяли количественно проверить эту гипотезу», — отмечает руководитель проекта Фальк Хервиг, директор Астрономического исследовательского центра Университета Виктории.
Поскольку наше Солнце через несколько миллиардов лет также станет красным гигантом, результаты исследования дают представление о его будущей эволюции. А вычислительные методы, разработанные для решения этой задачи, могут быть применены и в других областях, таких как моделирование океанских течений, атмосферных процессов и даже кровотока в организме человека.
Фото: hi-tech.mail.ru