Ako rotuje vnútro hviezdy

  • Marcel Škreka | 20 December 2011
    Stelárna astronómia
Porovnanie Slnka a červeného obra. Vonkajšie časti oboch hviezd prenášajú vnútri vyprodukovanú energiu k ich povrchu pomocou konvekcie (premiešavania hmoty). Práve v konvektívnych zónach vznikajú oscilácie pozorované na povrchu ako zmeny jasnosti. Obrázok: ESO
Pozorovaním oscilácií v jadre červeného obra vedci zistili, že vnútro hviezdy rotuje 10 krát rýchlejšie ako jej vrchné vrstvy. Červený obor je hviezda podobná Slnku na sklonku svojho vývoja.

Po vyčerpaní centrálnych zásob vodíka nukleárne reakcie v jadre hviezdy takmer ustanú. Jadro sa preto začína rýchlo zmršťovať a zahrievať. Teplota v centre hviezdy prudko narastie, čo má na svedomí naštartovanie reakcií vo vrstvách bohatých na vodík ležiacich nad "mŕtvym" héliovým jadrom. Vodíkové reakcie tu prebiehajú ešte intenzívnejšie ako predtým v jadre. Obal hviezdy expanduje a zostonásobí jej rozmer, hviezda sa stáva červeným obrom. O 5 miliárd rokov čaká rovnaký osud aj naše Slnko, ktoré bude siahať takmer po obežnú dráhu Zeme. Smrť hviezdy je sprevádzaná niekoľkými nafúknutiami idúcimi rýchlo za sebou. Tie odvievajú zbytky obalu hviezdy. Posledný z impulzov vedie k vytvoreniu planetárnej hmloviny obnažujúcu hustý zbytok po vývoji hviezdy - jadro, ktoré voláme biely trpaslík.

Hoci o tomto procese vieme mnoho, niektoré detaily o dianí vnútri hviezdy ostávajú stále nejasné. Aby sa vedci dozvedeli viac, využili možnosť nepriamo nazrieť do vnútra obrej hviezdy. Umožnili im to pozorovania ďalekohľadu Kepler, ktorý prehliada 150 000 hviezd nachádzajúcich sa v jeho zornom poli. Prístroj je primárne určený k fotometrickému objavovaniu tranzitujúcich exoplanét, takže dokáže zaznamenať aj nepatrné zmeny jasností hviezd spôsobené pulzovaním ich povrchu.

Turbulencie v nepokojných vonkajších vrstvách rozzvonia hviezdu ako zvon. Rovnako sú seizmické vlny pri zemetraseniach využívané na získavanie poznatkov o stavbe Zeme. Vlnenie preniká stotisíce km do vnútra hviezdy. Keď vlny narazia na husté vrstvy, ktorými už nedokážu preniknúť, odrážajú sa späť k povrchu, kde sú zaznamenávané ako periodické zmeny jasnosti.

Tím vedcov spracúvajúci údaje o troch červených obroch objavil oscilácie, ktoré prenikajú až do samotných jadier týchto hviezd. Rýchlosť, akou časti hviezdy rotujú, nepatrne ovplyvňuje frekvenciu oscilácií. Údaje ukazujú, že jadrá skúmaných hviezd rotujú s periódou niekoľkých týždňov, kým vonkajšie vrstvy vykonajú jedno otočenie za celý rok. Takáto rotácia vyplýva zo zachovania momentu hybnosti: pri kontrakcii sa rotácia jadra zvyšuje (podobne ako krasokorčuliar, ktorý pri piruete zrýchľuje pripažovaním svoju rotáciu).

Evolúcia má významný vplyv na zmeny rotácie hviezdy a tie spätne ovplyvňujú jej vývoj. Mnoho procesov vnútri hviezdy úzko súvisí s rotáciou, preto je dôležité poznať jej priebeh celým telesom hviezdy. Jedným z týchto procesov je magnetická aktivita prejavujúca sa pri väčšej rotácii zvýšeným počtom hviezdnych škvŕn a erupcií.

O rotácii jadier hviezd vrátane Slnka sa toho vo všeobecnosti veľa nevie. Ďalším cieľom vedcov bude zistiť, ako prebieha kontrakcia jadra v rôznych fázach vývoja červeného obra.

 

Rotácia jadra červeného obra. Credit: Paul beck/KU Leuven, Belgium