Астрофизики из Университета Виктории и Университета Миннесоты определили механизм, ответственный за изменение химического состава поверхности красных гигантов. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Astronomy, объясняют аномалии в соотношении изотопов углерода, которые ученые фиксируют при наблюдениях с 1970-х годов. Согласно выводам авторов, ключевым фактором, обеспечивающим перенос элементов из глубоких недр звезды к ее внешним слоям, является осевое вращение.
В процессе эволюции звезды, подобные Солнцу, значительно расширяются и превращаются в красные гиганты. На этом этапе в их ядрах происходят ядерные реакции, меняющие внутренний состав, однако между горячим ядром и внешней конвективной оболочкой существует стабильный слой, который долгое время считался непреодолимым барьером для перемешивания вещества. Ранее ученые предполагали, что внутренние волны, возникающие из-за движения плазмы, могут проходить через эту преграду, но прежние модели показывали слишком низкую эффективность такого процесса.
Использование трехмерных гидродинамических симуляций высокого разрешения позволило установить, что вращение звезды усиливает действие внутренних волн более чем в сто раз. Чем быстрее вращается красный гигант, тем интенсивнее происходит перенос химических элементов через разделительный слой. Этот процесс обеспечивает эффективный вынос продуктов ядерного синтеза к поверхности, что полностью соответствует данным астрономических наблюдений.
Проведение столь детальных расчетов стало возможным благодаря мощностям суперкомпьютерных центров в Техасе и Канаде. Исследователи задействовали кластер Trillium, запущенный в августе 2025 года, который позволил провести самые ресурсоемкие на сегодняшний день симуляции звездной конвекции и гравитационных волн. По словам авторов работы, без использования вычислительных систем нового поколения количественно подтвердить гипотезу о роли вращения было невозможно.
Разработанные в ходе исследования методы моделирования потоков материи имеют значение не только для астрофизики. Примененные алгоритмы могут быть адаптированы для изучения динамики жидкостей и газов в земных системах, включая океанические течения, атмосферные явления и особенности кровотока в медицине. В будущем ученые планируют изучить, как различные режимы вращения влияют на эволюцию звезд на других этапах их жизненного цикла.
