Суперкомпьютеры разгадали 50-летнюю загадку гигантских звезд

Астрономы уже давно знали, что когда звезды вроде нашего Солнца исчерпывают водород в ядре, они раздуваются в красных гигантов, становясь примерно в сто раз больше своего первоначального размера.

Еще с 1970-х годов наблюдения показывали, что химический состав на поверхности звезд по мере превращения их в красные гиганты меняется: например, сдвигается соотношение изотопов углерода. Это значит, что вещество из глубоких слоев каким-то образом поднимается наверх. Но между ядром, в котором идут термоядерные реакции, и внешней оболочкой звезды существует стабильный барьерный слой — и как вещество преодолевает его, на протяжении десятилетий оставалось загадкой.

Теперь ответ найден. В своем новом исследовании ученые из Университета Виктории (Канада) и Университета Миннесоты показали, что ключевую роль играет вращение звезды.

Конвективные движения — бурлящие потоки вещества во внешней оболочке красного гиганта — порождают так называемые внутренние волны, которые проникают сквозь барьерный слой. Предыдущие расчеты показывали, что эти волны переносят слишком мало материала, чтобы объяснить те изменения, которые видят ученые. Однако выяснилось, что вращение звезды существенно усиливает эффективность этого перемешивания — более чем в 100 раз по сравнению с невращающейся звездой. И чем быстрее это вращение, тем интенсивнее перенос.

Оказывается, ключевую роль в переносе вещества на поверхность звезды играет ее вращение.Источник: AI/ScienceDaily.com

«Используя трехмерные симуляции высокого разрешения, мы смогли определить, какое влияние оказывает вращение звезды на способность элементов преодолевать барьер, — говорит ведущий автор работы Симон Блуэн. — Вращение звезды дает естественное объяснение наблюдаемым химическим сигнатурам типичных красных гигантов».

Открытие стало возможным только благодаря новейшим суперкомпьютерам, в частности, канадскому суперкомпьютеру Trillium, запущенному в августе 2025 года. Трехмерные гидродинамические симуляции, моделирующие потоки вещества внутри звезды, чрезвычайно ресурсоемки. «Вращение уже давно считалось частью решения этой загадки, но ограниченные вычислительные мощности до недавнего времени просто не позволяли количественно проверить эту гипотезу», — отмечает руководитель проекта Фальк Хервиг, директор Астрономического исследовательского центра Университета Виктории.

Поскольку наше Солнце через несколько миллиардов лет тоже станет красным гигантом, результаты исследования дают представление и о его будущей эволюции. А вычислительные методы, разработанные для решения этой задачи, могут примяться далеко за пределами астрофизики — например, для моделирования океанских течений, атмосферных процессов и даже кровотока в теле человека.