Simulări efectuate cu ajutorul supercomputerelor au dezvăluit că stelele care se rotesc amestecă elementele interne mult mai eficient decât se credea anterior. Această descoperire rezolvă un mister vechi de zeci de ani despre de ce giganții roșii prezintă modificări chimice neașteptate.
Progresele recente în domeniul supercomputingului au permis oamenilor de știință să abordeze o întrebare persistentă din astronomie. Cercetătorii au încercat să înțeleagă de ce compoziția chimică de la suprafața stelelor gigant roșii se modifică pe măsură ce aceste stele evoluează. Timp de mulți ani, oamenii de știință s-au chinuit să conecteze ceea ce se întâmplă în interiorul unui gigant roșu cu ceea ce se observă la suprafața sa. Reacțiile nucleare din nucleu modifică compoziția internă a stelei, dar un strat stabil separă această regiune de învelișul convectiv exterior. Modul în care materialul reușește să traverseze această barieră și să ajungă la suprafață a rămas neclar.
Într-un nou studiu publicat în *Nature Astronomy*, cercetători de la Centrul de Cercetare în Astronomie (ARC) al Universității din Victoria (UVic) și de la Universitatea din Minnesota au găsit acum răspunsul.
**Rotația Stelară Determină Amestecul Elementelor**
Factorul cheie este rotația stelară. "Folosind simulări 3D de înaltă rezoluție, am putut identifica impactul pe care rotația acestor stele îl avea asupra capacității elementelor de a traversa bariera", spune Simon Blouin, cercetător principal și bursier postdoctoral la UVic. "Rotația stelară este crucială și oferă o explicație naturală pentru semnăturile chimice observate la giganții roșii tipici. Această descoperire este un alt pas înainte în înțelegerea modului în care evoluează stelele."
Oamenii de știință știau de mult timp că stelele ca Soarele nostru se extind dramatic odată ce rămân fără hidrogen în nucleele lor, devenind giganți roșii care pot crește de până la 100 de ori dimensiunea lor inițială. Încă din anii 1970, astronomii au detectat modificări în chimia suprafeței lor în timpul acestei faze, inclusiv modificări ale raporturilor carbon-12 și carbon-13. Aceste modificări sugerează că materialul din adâncul stelei trebuie transportat spre exterior, dar mecanismul exact nu a fost confirmat.
"Știam că undele interne, generate de mișcările turbulente din învelișul convectiv, erau capabile să treacă prin acest strat barieră, dar simulările anterioare au constatat că aceste unde transportau foarte puțin material. Am reușit să arătăm că rotația stelei amplifică dramatic cât de eficient pot aceste unde să amestece materialul peste barieră, într-o măsură care se potrivește cu modificările observate în compoziția suprafeței", a explicat Blouin.
Blouin și colegii săi au descoperit că rotația poate crește ratele de amestecare de peste 100 de ori în comparație cu stelele care nu se rotesc. Rotația mai rapidă duce la un amestec și mai puternic. Deoarece Soarele nostru va deveni în cele din urmă un gigant roșu, aceste descoperiri oferă, de asemenea, o perspectivă asupra evoluției sale viitoare.
**Simulări Avansate Dezvăluie Procese Ascunse**
Pentru a descoperi acest proces, echipa s-a bazat pe simulări hidrodinamice, care modelează modul în care materialul curge în interiorul stelelor în trei dimensiuni. Aceste simulări sunt extrem de complexe și necesită sisteme de calcul puternice, făcând descoperirea posibilă doar datorită progreselor recente în supercomputing.
"Până de curând, deși rotația stelară era considerată o parte a soluționării acestei enigme, capacitățile limitate de calcul ne-au împiedicat să testăm cantitativ ipoteza", spune Falk Herwig, investigator principal și director al ARC. "Aceste simulări ne permit să scoatem în evidență efecte mici pentru a determina ce se întâmplă de fapt, ajutându-ne să înțelegem observațiile noastre."
Cercetătorii au folosit resurse de calcul de la Texas Advanced Computing Centre de la Universitatea din Texas din Austin și clusterul de supercomputing Trillium de la SciNet de la Universitatea din Toronto. Trillium, lansat în august 2025, se numără printre cele mai puternice sisteme disponibile în Canada pentru simulări academice la scară largă și face parte din Alianța de Cercetare Digitală a Canadei. Capacitățile sale îmbunătățite de procesare au jucat un rol crucial în permiterea acestei lucrări.
"Am putut descoperi un nou proces de amestecare stelară doar datorită puterii imense de calcul a noii mașini Trillium. Acestea sunt cele mai intensive simulări de convecție stelară și de unde gravitaționale interne efectuate până în prezent", a spus Herwig.
**Impact Mai Larg și Cercetări Viitoare**
Metodele utilizate în acest studiu se extind dincolo de astrofizică. Aceleași abordări de calcul pot ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine mișcarea fluidelor în multe sisteme, inclusiv curenții oceanici, modelele atmosferice și fluxul sanguin. Herwig colaborează cu cercetători din aceste domenii pentru a construi instrumente și infrastructură comune pentru simulări la scară largă.
Blouin intenționează să continue explorarea modului în care rotația stelară afectează diferite tipuri de stele. Lucrările viitoare vor examina modul în care modelele de rotație variabile influențează eficiența amestecului și dacă procese similare au loc în alte etape ale evoluției stelare.
Această cercetare a fost susținută de Consiliul de Cercetare în Științe Naturale și Inginerie (NSERC), Fundația Națională de Științe (NSF) și Departamentul Energiei al SUA.