Съёмка поверхности звезды торпедировала вековой закон

Учёные сумели получить изображение диска далёкой звезды. Картинка выявила отличие в яркости полярных и экваториальных областей. Это позволило высчитать воздействие быстрого вращения звезды на её температуру. И здесь специалистов ждал сюрприз.

Даже в сильные телескопы звёзды выглядят точками (Солнце не считаем). Только комбинация телескопов в редких случаях позволяет разрешить диск. На этот раз учёные взялись за Регул (яркая звезда на этом снимке) (фото Star Vistas).

Астрономы из мичиганского университета (U-M) воспользовались техникой интерферометрии, чтобы увеличить инфракрасное изображение одной из ярчайших звёзд на ночном небе — Регула. С помощью оптического прибора они объединили свет от четырёх телескопов так, что он будто бы приходил от телескопа в сотню раз большего размера.

Учёных интересовал эффект гравитационного потемнения. Регул делает один оборот за 15,9 часа (небольшая прибавка в темпе вращения уже разорвала бы эту звезду), потому он заметно сплющен. При этом на экваторе и полюсах эффективная сила тяжести существенно отличается, а это влияет на температуру и яркость поверхности в этих местах (экватор становится темнее, полюса — светлее).

Обработанное изображение поверхности Регула. Как известно, мы наблюдаем эту звезду практически с ребра, так что явление гравитационного потемнения – как на ладони. По вертикали и горизонтали – угловые миллисекунды (фото Xiao Che).

Новая съёмка подтвердила сам эффект, но разница в температурах оказалась гораздо меньше, чем предсказывали известные формулы. Так измерения пробили брешь в почти 90-летнем законе фон Цайпеля (Von Zeipel theorem). Он описывает связь между потоком излучения от звезды и эффективной гравитацией, а также позволяет находить температуру поверхности в зависимости от широты, то есть численно оценивать явление гравитационного потемнения.

С числами как раз и выявилась проблема. «Наша модель, наполненная данными интерферометрии, показывает, что в то время как закон правильно описывает тенденции изменения температуры поверхности, он отклоняется количественно. Меня удивляет, что закон фон Цайпеля был принят в астрономии в течение такого долгого времени, но существовало так мало твёрдых данных наблюдений», — объясняет один из авторов исследования Сяо Чэ (Xiao Che).

Разница между предсказанием теории и фактическим измерением в некоторых точках Регула доходила до 2780 градусов по Цельсию. Авторы работы предполагают, что давняя ошибка заключается в неучтённых конвективных потоках газа, идущих от полюсов к экватору и обратно. Они выравнивают температуру, противодействуя эффекту гравитационного потемнения.

Свои расчёты учёные основывают сразу на двух наблюдениях. Помимо Регула в рамках того же исследования астрономы провели аналогичную съёмку поверхности звезды Каф. (Детали — в пресс-релизе университета и статье в Astrophysical Journal).