Szybko wirująca gwiazda może być gorętsza na biegunach niż na równiku
Bardzo szybka rotacja może tak mocno zniekształcić gwiazdę, że przestaje ona być kulą: równik jest wypchnięty na zewnątrz, a bieguny znajdują się bliżej środka. Efektywna grawitacja jest wtedy większa przy biegunach niż na równiku. Powierzchnia nie ma jednej temperatury — bieguny mogą być gorętsze i jaśniejsze, a równik chłodniejszy i ciemniejszy. Zjawisko nazywa się pociemnieniem grawitacyjnym. Zostało bezpośrednio zbadane m.in. dla szybko rotującego Altaira i ma znaczenie nawet przy interpretacji planet krążących wokół takich gwiazd.
Rotacja zmienia kształt gwiazdy
Gwiazda utrzymywana grawitacyjnie nie jest idealnie sztywną kulą. Przy szybkim obrocie materia w okolicach równika doświadcza większego efektu odśrodkowego niż materia przy biegunach. Powierzchnia równikowa przesuwa się na zewnątrz, przez co gwiazda przyjmuje kształt spłaszczonej sferoidy. Altair jest jednym z pobliskich przykładów, dla których interferometria pozwoliła bezpośrednio zmierzyć takie spłaszczenie.
Grawitacja na powierzchni nie jest wszędzie taka sama
Przy równiku większy promień oraz rotacja zmniejszają efektywną siłę utrzymującą materię przy powierzchni. Na biegunach promień jest mniejszy i nie działa tam taka sama składowa odśrodkowa. Powstaje różnica efektywnej grawitacji. W strukturze gwiazdy przekłada się ona na różny strumień energii wydostający się przez różne obszary powierzchni.
Jedna gwiazda, kilka temperatur powierzchni
Skutkiem jest pociemnienie grawitacyjne: regiony o większej efektywnej grawitacji, zwykle bieguny, są gorętsze i jaśniejsze, a równik chłodniejszy i słabszy. Nie oznacza to plam podobnych do plam słonecznych, lecz globalną, uporządkowaną zmianę temperatury z szerokością gwiazdową. NASA opisuje ten efekt zarówno dla Altaira, jak i dla bardzo szybko rotującej gwiazdy KELT-9.
Kąt patrzenia zaczyna mieć znaczenie
Jeżeli powierzchnia nie ma jednolitej temperatury, obserwowany kolor i jasność zależą częściowo od orientacji osi obrotu względem Ziemi. Gwiazda oglądana bardziej od strony gorącego bieguna może wyglądać inaczej niż taka sama gwiazda oglądana bliżej płaszczyzny równika. Zjawisko ma też konsekwencje dla planet: planeta na nachylonej orbicie wokół silnie pociemnionej grawitacyjnie gwiazdy może otrzymywać zmienny strumień energii w zależności od tego, nad jakimi szerokościami gwiazdy się znajduje.
Efekt można zobaczyć bez rozdzielania tarczy gwiazdy
Dla pobliskiego Altaira interferometria potrafi bezpośrednio odtworzyć spłaszczony kształt i nierównomierną jasność powierzchni. Dla dalszych gwiazd astronomowie korzystają z metod pośrednich. Jeśli planeta przechodzi przed tarczą o silnym gradiencie jasności, kształt tranzytu może zależeć od tego, czy planeta zasłania gorętszy biegun czy chłodniejszy równik. W ten sposób fotometria może ujawniać geometrię rotującej gwiazdy nawet wtedy, gdy zwykły teleskop widzi ją jako nierozdzielony punkt.
Jedna „temperatura gwiazdy” staje się wartością efektywną
Dla wolno obracającej się gwiazdy przypisanie jednej temperatury efektywnej jest bardzo użytecznym opisem całego widma. Przy ekstremalnej rotacji trzeba pamiętać, że jest to wartość uśredniająca powierzchnię widzianą pod określonym kątem. Gorące bieguny i chłodniejszy równik mogą wpływać na klasyfikację widmową oraz na oszacowania jasności, jeśli nie uwzględni się orientacji. Rotacja staje się więc parametrem struktury, a nie wyłącznie informacją o tym, jak szybko obiekt wykonuje obrót.
Rotacja może komplikować nawet pojęcie strefy zamieszkiwalnej
Jeśli gwiazda wysyła więcej energii w kierunku biegunów niż równika, pole promieniowania wokół niej nie jest idealnie sferyczne. Dla planety na orbicie silnie nachylonej względem równika gwiazdy otrzymywany strumień może zmieniać się w rytmie przechodzenia nad różnymi szerokościami, nawet przy prawie stałej odległości. Efekt jest najbardziej wyraźny dla ekstremalnie szybko wirujących gwiazd i nie oznacza, że każda planeta wokół rotującej gwiazdy doświadcza dramatycznych sezonów. Pokazuje jednak, że w szczegółowych modelach układu sama odległość od gwiazdy nie zawsze określa całe napromieniowanie. Kształt, orientacja i rozkład temperatur na powierzchni centralnego obiektu mogą stać się częścią problemu planetarnego.
Zjawisko pokazuje również, że widmo gwiazdy jest sumą obszarów o różnych temperaturach i grawitacji powierzchniowej. Linie widmowe mogą więc być kształtowane przez mieszaninę warunków, a szybka rotacja dodatkowo poszerza je efektem Dopplera. Precyzyjne wyznaczanie składu i temperatury szybko wirujących gwiazd wymaga modeli uwzględniających geometrię powierzchni, nie tylko sferyczną atmosferę o jednym parametrze. W najbardziej ekstremalnych przypadkach poprawne zrozumienie kształtu gwiazdy jest warunkiem poprawnego odczytania jej widma i pozycji na diagramie ewolucyjnym.