Астрофизики нашли объяснение странному феномену, который происходит с маломассивными звездами (включая Солнце) на поздних этапах их эволюции. Речь идет о так называемом «световом скачке» (RGB luminosity bump) — кратковременном и резком снижении яркости звезды в период, когда она становится красным гигантом.
Когда звезды подобного типа исчерпывают запасы водорода в ядре, они переходят в стадию ветви красных гигантов (RGB). В этот период они обычно постепенно увеличиваются в размерах и становятся ярче. Однако на определенном этапе наблюдается аномальный провал в светимости, который фиксируется на диаграммах «цвет — величина» звездных скоплений.
Термодинамика вместо механики
Долгое время ученые не могли точно определить, что именно запускает этот процесс. Существующие теоретические модели показывали, что падение яркости происходит позже (при более высокой светимости), чем это фиксируется при реальных наблюдениях.
Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, предлагает иной взгляд на проблему. Автор работы, профессор Саския Хеккер из Гейдельбергского института теоретических исследований, утверждает, что причиной является не простое механическое взаимодействие слоев звезды, а термодинамический порог.
Механизм возникновения «скачка»
Внутри красного гиганта находится инертное гелиевое ядро, окруженное тонким слоем сгорающего водорода и радиационной зоной. Снаружи находится конвективная оболочка. По мере эволюции звезды ядро сжимается, а поверхность расширяется, что заставляет глубочайшие слои конвективной оболочки смещаться внутрь.
В результате происходит так называемый «вынос» (dredge-up): материал из радиационной зоны перемешивается с конвективной зоной, меняя химический состав газа. Граница между этими зонами (BCZ) определяется специфической энтропией — показателем степени разупорядоченности газа.
По мнению Саскии Хеккер, когда разница энтропии на этой границе падает ниже критического значения, это и провоцирует резкое снижение светимости.
«Это лаконичное объяснение начала скачка является первым предложенным на данный момент количественным описанием», — отметила исследовательница.
Данное открытие позволит уточнить физические модели звездной эволюции. Теперь ученые смогут корректировать параметры моделей так, чтобы теоретическое время возникновения «светового скачка» совпадало с данными наблюдений и измеренным содержанием элементов на поверхности звезд.
