Тривимірне моделювання червоних надгігантів дало змогу міжнародній команді астрофізиків краще зрозуміти незвичайні спостережні дані, отримані від Бетельгейзе. У своїй новій роботі вчені показали, що такі спостереження можна пояснити “кипінням” або, точніше, великомасштабним конвективним рухом атмосфери зірки.
Результат моделювання “кипіння” атмосфери Бетельгейзе / © Jing-Ze Ma et al, The Astrophysical Journal Letters (2024)
Бетельгейзе – одна з найяскравіших зірок північної півкулі й один із найближчих до Землі червоних надгігантів. Багато в чому через розташування і розмір вона стала першою зіркою після Сонця, для якої астрономи отримали зображення диска і плям на ньому. Якби Бетельгейзе була на місці нашого світила, її атмосфера досягла б орбіти Юпітера.
Останнім часом Бетельгейзе привернула до себе багато уваги астрономів не тільки через зміну яскравості, що віщує вибух наднової. Хоч вибуху і не сталося, а “велике загасання” пояснили народженням хмари космічного пилу, на цьому дивацтва не закінчилися. Спостереження комплексу радіотелескопів ALMA, розташованого в пустелі Атакама, і подальша їхня інтерпретація показали, що зірка обертається значно швидше, ніж учені очікували від червоного надгіганта.
Під час еволюції більшість зірок поступово розширюється і сповільнюється, щоб зберегти свій кутовий момент. Однак, з огляду на спостережні дані ALMA, поверхня Бетельгейзе повинна обертатися зі швидкістю понад п’ять кілометрів на секунду, що на два порядки вище за теоретичні передбачення. Як можливі пояснення дослідники висували гіпотези поглинання або сусідньої зірки, або планети.
Така інтерпретація не влаштувала міжнародну групу астрофізиків під керівництвом фахівців з Інституту астрофізики Макса Планка. Дослідники припустили, що “кипляча” поверхня Бетельгейзе здатна імітувати обертання. Щоб це довести, вчені провели тривимірне моделювання червоних надгігантів, які не обертаються, яке потім піддали постобробці для передбачення ймовірних зображень ALMA.
Анімація моделі Бетельгейзе (ліворуч) та її обробка для передбачення ймовірних зображень ALMA (по центру) в порівнянні з реальними зображеннями зірки (праворуч). На нижній панелі – карти променевих швидкостей для отриманих зображень. Як видно, симуляцію “кипіння” червоного надгіганта, що не обертається, можна легко прийняти за обертання зірки / © Jing-Ze Ma et al, The Astrophysical Journal Letters (2024)
У результаті моделювання та обробки зображень астрофізики в 90 відсотках випадків відтворили результат реальних спостережень. Вони отримали зображення червоних надгігантів зі швидкістю обертання поверхні в кілька кілометрів на секунду. Результати своєї роботи дослідники описали в статті, опублікованій у журналі The Astrophysical Journal Letters.
За словами авторів, своєрідна ілюзія виникає через те, що скупчення киплячих конвективних потоків, що киплять, піднімається з одного боку зірки, в той час як інша група опускається з іншого боку. Через обмежену роздільну здатність телескопа ALMA такі конвективні рухи атмосфери червоного надгіганта будуть розмиті в реальних спостереженнях. Це призведе до появи дипольного поля швидкостей (коли одна частина об’єкта рухається в бік спостерігача, а інша – від нього) та ілюзії обертання зірки.