Невооружённому глазу звёзды кажутся постоянными объектами, которые лишь равномерно светят. Солнце относится к звёздам небольшой массы и, как ожидается, будет относительно стабильно излучать ещё миллиарды лет. Наблюдения с помощью мощных телескопов позволяют астрономам изучать звёзды разных типов и возрастов, а также прослеживать изменения, происходящие с ними на протяжении жизни.
После исчерпания водорода в ядре звёзды, подобные Солнцу, переходят на ветвь красных гигантов. Такие объекты хорошо подходят для наблюдений, поскольку они одновременно яркие и многочисленные; к ним относятся Арктур и Альдебаран. Бетельгейзе также является красной сверхгигантской звездой, поэтому её нельзя полностью отнести к той же категории.
По мере старения и охлаждения красные гиганты увеличиваются в размерах и становятся ярче, однако их светимость на короткое время неожиданно снижается. Это явление называют вспышкой светимости на ветви красных гигантов: на диаграммах цвет — светимость оно выглядит как отдельный участок. Учёные давно понимали, почему этот эпизод заканчивается, но причина его начала оставалась неясной.
Новое исследование Саскии Хеккер, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, связывает начало явления с энтропией — показателем состояния и степени упорядоченности газа. У красного гиганта в центре находится инертное гелиевое ядро, окружённое тонким слоем горения водорода, а выше располагаются радиативная область и конвективная оболочка. Когда граница конвективной зоны перемещается вглубь звезды, разница энтропии по обе стороны границы уменьшается, и после достижения критического значения возникает падение светимости.
Ранее механизм связывали главным образом с достижением границы слоем, где происходит горение водорода, и последующими изменениями внутри звезды. Новая работа предлагает количественное объяснение, основанное не только на положении слоёв, но и на термодинамических свойствах вещества. Исследование также помогает объяснить, почему в расчётных моделях вспышка светимости появляется при большей светимости, чем в наблюдениях, и может улучшить описание эволюции звёзд.