ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЗВЕЗД

Как известно из механики, момент количества движения (называемый также моментом вращения) замкнутой системы есть неизменяемая величина:

    (23.1)

где суммирование распространено на все элементарные массы m, составляющие систему. Для тела, обладающего жестким вращением, т. е. все точки которого вращаются с одной и той же угловой скоростью а), момент вращения равен произведению момента инерции на угловую скорость:

причем для однородного шара радиуса R

Если шар не однороден, а имеет сгущение к центру, то момент инерции меньше. У сжатого эллипсоида или вообще у тела, сжатого вдоль оси вращения, момент инерции относительно этой оси больше, чем у равновеликого шара.

Звезда может вращаться и как твердое тело и так, что угловая скорость к центру растет. Если вязкость вещества звезды велика, то внутреннее трение между различно вращающимися соседними слоями приведет ее в конце концов к вращению с единой для всех слоев угловой скоростью, как у твердого тела. В звезде действует вязкость составляющих ее газов и лучистая вязкость, связанная с тем, что распространяющиеся изнутри наружу фотоны притормаживают вращение звезды, так как их расстояние от оси вращения все время растет и они должны забирать часть вращательного момента у атомов, которые их поглощают или рассеивают. Все же и молекулярная, и лучистая вязкость в звездах незначительны и не могут уничтожить дифференциального вращения. Иначе обстоит дело в конвективных зонах или конвективном ядре, так как в них возникает турбулентная вязкость, на много порядков превышающая вязкость молекулярную. Поэтому в таких зонах может установиться жесткое вращение. Оно может и не установиться, потому что конвективный перенос масс вверх вызывает замедление вращения вышележащих слоев, а опускание масс имеет следствием ускорение вращения. Вопрос о том, какая тенденция победит, решить в общем случае очень трудно, но учет магнитных сил сразу проясняет дело.

Представим себе, что звезда имеет недалеко от поверхности конвективную зону. Происходящие здесь энергичные движения плазмы вызывают появление магнитных полей, которые, как, например, у Солнца, выходят далеко за пределы звезды — в корону и дальше. С другой стороны, как мы видели в главе I, ударные волны, источником которых служит та же конвекция, вызывают выброс плазменных частиц из звезды. Сам по себе выброс частиц уже вызывает изменение вращения звезды, так как частицы уносят с собой момент вращения с поверхности звезды, где он, в расчете на единицу массы, наибольший. Но этот процесс мало эффективен. Совсем иначе обстоит дело при наличии магнитных полей. Плазма, двигаясь вдоль магнитных силовых линий, заставляет силовые трубки закручиваться назад относительно вращения звезды (см. § 7 и рис. 56), а так как силовые линии противодействуют натяжению, торможение вращения выброшенными плазменными частицами будет эффективно передаваться через магнитные силовые линии поверхности звезды. Так будет продолжаться до тех пор, пока плазменное облако не «сорвется» с магнитной трубки, или вся трубка не оторвется от поверхности звезды. Можно думать, что таким образом вращение поверхностных слоев звезды (если иметь в виду и всю конвективную зону) может быть заторможено почти до нуля, в то время как потеря массы будет незначительна

(потеря Солнцем посредством корпускулярного излучения г/с, конечно, незначительна даже на протяжении миллиарда лет). Таким образом, благодаря магнитным полям механизм простого уноса вращательного момента превращается в механизм торможения тех слоев звезды, которые создают магнитное поле.

С другой стороны, если магнитное поле возникает в конвективном ядре, последнее приходит постепенно в состояние жесткого вращения, а так как магнитное поле может проникать и дальше за пределы ядра, пронизывая в конце концов всю звезду, то вся звезда в результате будет вращаться, как твердое тело. Это означает, что линейная скорость вращения, наблюдаемая у такой звезды, должна быть значительна.

Но как раз звезды А, В и более ранние имеют конвективное ядро и не имеют конвективной оболочки, а звезды F5 и более поздние имеют конвективную оболочку и не имеют конвективного ядра, что в свете описанных явлений переноса момента магнитными полями удовлетворительно объясняет различие скоростей вращения ранних и поздних звезд.