Badanie wewnętrznej budowy odległych gwiazd na podstawie ich pulsacji

Wizja artystyczna wnętrza gwiazdy badanej na podstawie oscylacji jej powierzchni. Źródło: Earl Bellinger/ESA

Na pierwszy rzut oka zajrzenie do wnętrza gwiazdy jest czymś niemożliwym. Międzynarodowy zespół astronomów pracujących pod kierownictwem Earla Bellingera i Saskii Hekker z Instytutu Maxa Plancka w Getyndze jako pierwszy zbadał głęboką wewnętrzną budowę dwóch gwiazd opierając się przy tym na ich oscylacjach.

Nasze Słońce, jak i większość innych gwiazd, doświadcza pulsacji, które rozchodzą się po wnętrzu gwiazdy jako fale dźwiękowe. Częstotliwości tych fal wdrukowane są w promieniowanie emitowane przez gwiazdę, dzięki czemu mogą być obserwowane prze astronomów na Ziemi. Podobnie do tego jak sejsmolodzy analizują wewnętrzną budowę naszej planety analizując trzęsienia ziemi, astronomowie określają właściwości gwiazd na podstawie ich pulsacji – to pole astronomii zwane jest asterosejsmologią. Teraz, po raz pierwszy w historii, szczegółowa analiza takich pulsacji umożliwiła Earlowi Bellingerowi oraz Saskii Hekker zmierzenie wewnętrznej budowy dwóch odległych gwiazd.

Obie badane gwiazdy należą do układu 16 Cygni (to 16 Cyg A oraz 16 Cyg B) i obie są bardzo podobne do naszego Słońca. “Z uwagi na ich niewielką odległość od Słońca – około 70 lat świetlnych – są to stosunkowo jasne gwiazdy, a tym samym doskonale nadają się do naszej analizy” mówi główny autor badania Earl Bellinger. “Wcześniej możliwe było tylko tworzenie modeli wnętrz gwiazd. Teraz możemy je mierzyć”.

Aby stworzyć model wnętrza gwiazdy, astrofizycy zmieniają modele ewolucji gwiazd tak długo, aż któryś dopasuje się do obserwowanego widma częstotliwości. Niemniej jednak pulsacje modeli teoretycznych często różnią się od pulsacji gwiazd, najprawdopodobniej z uwagi na wciąż nieznane procesy fizyki gwiazdowej.

Bellinger oraz Hekker zdecydowali się zatem wykorzystać odwrotną metodę. Badacze określili lokalne właściwości wnętrza gwiazd z obserwowanych częstotliwości. Metoda ta mniej bazuje na założeniach teoretycznych, ale wymaga doskonałej jakości danych i stanowi spore wyzwanie matematyczne.

Wykorzystując tę metodę badacze  zajrzeli na ponad 500 000 km wgłąb gwiazd – i odkryli, że prędkość dźwięku w centralnych obszarach gwiazd jest większa niż przewidywana przez modele. “W przypadku 16 Cyg B, różnice można tłumaczyć wprowadzając korektę masy i rozmiarów gwiazdy” mówi Belliner. W przypadku 116 Cyg A jednak nie udało się zidentyfikować powodu tych różnic.

Możliwe, że jakieś jeszcze nieznane zjawiska fizyczne nie są wystarczająco brane pod uwagę przez obecne modele ewolucyjne. “Pierwiastki powstałe we wczesnych fazach ewolucji gwiazd mogą być transportowane z jądra gwiazdy do jej zewnętrznych warstw” mówi Bellinger. “W ten sposób zmianie uległaby wewnętrzna stratyfikacja gwiazdy, która z kolei wpływa na to jak ona oscyluje”.

Pierwsze analizy budowy gwiazd to jeszcze nie koniec. “W danych z Kosmicznego Teleskopu Keplera znajduje się jeszcze z 10 do 20 dodatkowych gwiazd nadających się do takiej analizy” mówi Saskia Hekker, która kieruje grupą badawczą SAGE (Stellar Ages and Galactic Evolution) w Instytucie Maxa Plancka w Getyndze. W przyszłości misje TESS oraz PLATO dostarczą jeszcze więcej danych nadających się do tego typu analiz.

Opracowana przez badaczy metoda dostarcza nowych informacji, które pozwolą rozszerzyć naszą wiedzę o procesach fizycznych zachodzących we wnętrzach gwiazd. To z kolei pozwoli udoskonalić nasze teoretyczne modele wnętrza gwiazd i poprawić nasze możliwości przewidywania przyszłej ewolucji Słońca i innych gwiazd w naszej galaktyce.

Źródło: Max Planck Society

3/2018

Komentarze wyłączone.