Zvijezde poput Sunca možda se ne mijenjaju kako smo mislili

Desetljećima je u astronomiji vrijedila gotovo neupitna pretpostavka: zvijezde poput Sunca s vremenom usporavaju, a to bi u nekoj kasnijoj fazi njihova života trebalo promijeniti i obrazac njihove rotacije. No novo istraživanje sugerira da se taj dugo očekivani preokret možda uopće ne događa. Umjesto da u starosti počnu rotirati tako da su polovi brži od ekvatora, zvijezde sunčeva tipa, čini se, zadržavaju isti osnovni obrazac tijekom cijelog života. To nije tek tehnički detalj o ponašanju užarenog plina u njihovoj unutrašnjosti, nego nalaz koji bi mogao utjecati na razumijevanje magnetske aktivnosti zvijezda, njihova razvoja i uvjeta na planetima koji ih okružuju.

Istraživači sa Sveučilišta Nagoya u Japanu izveli su dosad najdetaljniju simulaciju unutrašnjosti zvijezda sunčeva tipa i time doveli u pitanje teoriju staru 45 godina. Riječ je o zvijezdama sličnima našem Suncu po masi i temperaturi, dakle o stabilnim, srednje velikim zvijezdama koje mogu sjati milijardama godina. Upravo zato one su osobito važne astronomima, jer takva dugovječnost ostavlja dovoljno vremena da se na planetima u njihovoj okolini razviju uvjeti pogodni za život.

Teorija koja se nije potvrdila

Za razliku od Zemlje, koja se okreće kao čvrsto tijelo, Sunce ne rotira jednoliko. Budući da je građeno od vrućeg plina, njegovi se dijelovi ne gibaju istom brzinom. Ekvator obavi jedan puni okret za otprilike 25 dana, dok polovima za isto treba oko 35 dana. Astronomi taj obrazac nazivaju diferencijalnom rotacijom sunčeva tipa, a upravo je on dugo služio kao polazište za pretpostavku da će se u starijim zvijezdama jednom preokrenuti.

Logika je bila jednostavna. Zvijezde tijekom milijardi godina postupno gube brzinu rotacije. Zbog toga se očekivalo da će se promijeniti i tokovi vrućeg plina u njihovoj unutrašnjosti, pa da će u nekom trenutku nastupiti prijelaz u suprotan režim, onaj u kojem polovi rotiraju brže od ekvatora. Taj scenarij poznat je kao antisunčeva diferencijalna rotacija.

No nova simulacija pokazuje da bi ta ideja mogla biti pogrešna. Prema rezultatima, kretanje vrućeg plina unutar zvijezde prirodno pogoduje bržoj rotaciji ekvatora, a ključnu ulogu u održavanju tog poretka imaju magnetska polja. Hideyuki Hotta, suautor istraživanja i profesor na Institutu za svemirska i zemaljska okolišna istraživanja pri Sveučilištu Nagoya, rekao je da upravo turbulencija i magnetizam zajedno održavaju ekvator bržim od polova tijekom cijelog života zvijezde, a ne samo u njezinoj mladosti. Drugim riječima, zvijezde doista usporavaju, ali do očekivanog preokreta ne dolazi jer magnetska polja, koja su stariji modeli uglavnom propuštali, taj prijelaz sprječavaju.

Što je otkrilo superračunalo

Ključ za taj novi uvid bilo je japansko superračunalo Fugaku, kojim su istraživači izveli simulacije u iznimno visokoj rezoluciji. Svaka simulirana zvijezda bila je podijeljena na 5,4 milijarde mrežnih točaka, što daje mnogo precizniju sliku događaja u unutrašnjosti nego u ranijim modelima. Upravo je ta razina detalja omogućila da magnetska polja ostanu stabilna u simulaciji i da se jasno vidi njihov stvarni utjecaj na rotaciju zvijezde.

To je važna razlika u odnosu na starije radove. U simulacijama niže rezolucije magnetska su polja umjetno slabila i nestajala, pa se stjecao dojam da nemaju veću ulogu u oblikovanju rotacijskog obrasca. U novom modelu pokazalo se suprotno: kada je prikaz unutrašnjosti dovoljno detaljan, magnetska polja ostaju dovoljno snažna da spriječe prijelaz u antisunčev režim.

Simulacije su pritom pokazale još nešto. Magnetska polja zvijezda tijekom života ne jačaju ponovno u starosti, nego postupno i neprekidno slabe. Time je dovedeno u pitanje i ranije predviđanje prema kojem bi magnetska aktivnost trebala ponovno porasti upravo u fazi kada se obrazac rotacije preokrene. Budući da tog preokreta, čini se, nema, nema ni tog kasnog jačanja.

Time se rješava i dugogodišnja napetost između teorije i promatranja. Desetljećima su simulacije predviđale antisunčevu rotaciju u sporije rotirajućim zvijezdama, ali astronomi takav obrazac nisu uspijevali potvrditi opažanjima. Problem nije bio samo u teleskopima i metodama, nego možda i u samim teorijskim pretpostavkama. Yoshiki Hatta, istraživač i suautor rada, objasnio je da nova simulacija gotovo savršeno reproducira opaženi obrazac Sunčeve rotacije. Kada se isti pristup primijeni na zvijezde koje rotiraju sporije, rezultati se također slažu s astronomskim opažanjima i ne pokazuju antisunčevu rotaciju.

Važnost tog rezultata nadilazi jednu staru raspravu iz teorijske astrofizike. Točnije razumijevanje unutrašnjosti zvijezda moglo bi pomoći u objašnjenju Sunčeva 11-godišnjeg ciklusa pjega, u boljem razumijevanju utjecaja magnetske aktivnosti na nastanjivost planeta tijekom milijardi godina te u preciznijem modeliranju razvoja zvijezda. Za astronomiju je to ozbiljna korekcija jedne ideje koja se desetljećima činila logičnom, ali se u susretu s detaljnijim prikazom zvjezdane unutrašnjosti jednostavno nije održala.