Przejdź do treści

Nowy zwrot w rotacji gwiazd

Naukowcy wykorzystali oscylacje do określenia, w jaki sposób odległe słońca rotują wokół własnej osi.

Gwiazdy nie rotują jak skaliste kule. Rejony na różnych szerokościach astrograficznych rotują z różnymi prędkościami. Grupa badaczy z New York University i Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) w Niemczech mierzyła wzorce rotacyjne próbki gwiazd podobnych do Słońca. Zidentyfikowali 13 gwiazd, które rotują w podobny sposób, jak nasze Słońce: ich równik obraca się szybciej, niż średnie szerokości astrograficzne. Ten wzorzec rotacyjny jest jednak znacznie bardziej wyraźny, niż w przypadku Słońca. Gwiazdy te na równiku rotują dwa razy szybciej, niż na średnich szerokościach astrograficznych a różnica prędkości rotacji jest większa, niż sugerowały teorie.

Co możemy powiedzieć na temat odległych gwiazd, poza określeniem ich barwy i jasności? Czy nasze Słońce jest typową gwiazdą? A może wykazuje pewne właściwości, które czynią go wyjątkowym, a może nawet niepowtarzalnym? Jedną z właściwości, która nie jest zrozumiała, jest jego rotacja. W swoich zewnętrznych warstwach Słońce ma wzorzec rotacji, który naukowcy określają jako „równoleżnikową rotację różnicową”. Oznacza to, że na różnych szerokościach heliograficznych rotuje ono z różnymi prędkościami. Podczas, gdy na równiku jeden pełny obrót Słońca trwa około 25 dni, na wyższych szerokościach rotuje wolniej. W pobliżu biegunów jeden pełny obrót Słońca trwa około 31 dni.

W swojej nowej pracy naukowcy badali 40 gwiazd, które pod względem masy przypominają Słońce. Pośród nich jest 13 gwiazd, których różnica rotacji może być zmierzona bardzo dokładnie. Wszystkie 13 wykazuje rotację różnicową podobną do Słońca: równik rotuje szybciej, niż wyższe szerokości astrograficzne. Jednak w niektórych przypadkach różnica w prędkości rotacji między równikiem a średnimi szerokościami astrograficznymi jest znacznie większa, niż w przypadku Słońca.

Klasycznie, rotacja gwiazdy jest określana przez śledzenie plam gwiazdowych (odpowiednik plam słonecznych na Słońcu) na różnych szerokościach astrograficznych w fotometrycznej krzywej blasku. Metoda ta jest jednak ograniczona, ponieważ nie znamy szerokości astrograficznej plamy. „Wykorzystując obserwacje z misji Kepler możemy teraz zbadać wnętrze gwiazd z użyciem astrosejsmologii i określić ich profile rotacyjne na różnych szerokościach i głębokościach astrograficznych” – mówi Laurent Gizon, dyrektor MPS.

Gwiazdy są zbyt odległe, aby można je było rozróżnić na obrazach astronomicznych. Są jak punkty. Naukowcy mogą jednak uzyskiwać bezpośrednio informacje przestrzenne o wnętrzach gwiazd za pomocą oscylacji gwiazdowych. Gwiazdy podlegają globalnym oscylacjom akustycznym, które są pobudzane przez ruchy konwekcyjne w ich zewnętrznych warstwach. Różne tryby oscylacji badają różne regiony w gwieździe. Tak więc częstotliwości oscylacji dają nam informacje o różnych rejonach. W badaniu tym naukowcy wykorzystali oscylacje gwiazd do pomiaru rotacji na różnych szerokościach astrograficznych w zewnętrznej strefie konwekcji.

Najlepsze pomiary zespołu pokazują gwiazdy rotujące podobnie, jak Słońce. Najbardziej zaskakującym aspektem tego badania jest to, że równikowa rotacja różnicowa może być znacznie silniejsza w niektórych gwiazdach, niż ma to miejsce w przypadku Słońca. Naukowcy nie przewidywali tak dużych wartości, których nie przewidują modele numeryczne.

Praca ta jest ważna, gdyż pokazuje, że astrosejsmologia ma fantastyczny potencjał, aby pomóc nam zrozumieć działanie gwiazd. Informacje o rotacji różnicowej gwiazd są kluczem do zrozumienia procesów, które napędzają aktywność magnetyczną. Połączenie informacji na temat rotacji wewnętrznej i aktywności wraz z modelowaniem, najprawdopodobniej ujawni podstawowe przyczyny aktywności magnetycznej w gwiazdach. Jednak wiele innych gwiazd podobnych do Słońca musi zostać zbadanych, aby tak się stało. Na 2026 rok ESA przewiduje start misji PLATO (badanie egzoplanet, podobnie jak misja Kepler), aby za pomocą precyzyjnej astrosejsmologii scharakteryzować dziesiątki tysięcy jasnych gwiazd podobnych do Słońca.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
A new twist on stellar rotation

Źródło: MPG

Na zdjęciu: Zilustrowana różnica prędkości rotacji na różnych szerokościach astrograficznych. Źródło: MPS / MarkGarlick.com