Analizując subtelne wibracje gwiazd, naukowcy korzystający z Keck Planet Finder odkryli ukryte struktury wewnętrzne, które podważają istniejące od dawna modele.
Astronomowie korzystający z Obserwatorium Kecka na Hawajach wsłuchali się w muzykę pobliskiej gwiazdy, odkrywając niespodzianki, które wstrząsnęły naszym rozumieniem tego, jak działają gwiazdy.
W badaniach wykorzystano najnowocześniejszy instrument Obserwatorium Kecka, Keck Planet Finder (KFP), do wykrycia oscylacji falujących przez gwiazdę. Odkrycia, których wyniki opublikowano 6 maja 2025 roku w The Astrophysical Journal, otwierają nowe okno na wnętrza gwiazd, które kiedyś uważano za zbyt ciche, by je badać.
Gwiezdna symfonia
Chociaż nie możemy ich bezpośrednio usłyszeć na własne uszy, gwiazdy nie są bezgłośne. Podobnie jak instrumenty muzyczne, gwiazdy rezonują z naturalnymi częstotliwościami, które astronomowie mogą usłyszeć za pomocą odpowiednich narzędzi. Ta dziedzina badań – znana jako asterosejsmologia – pozwala naukowcom wykorzystać te częstotliwości do badania wnętrz gwiazd, podobnie jak trzęsienia ziemi pomagają naukowcom poznać wnętrze Ziemi.
Wibracje gwiazdy są jak jej wyjątkowa piosenka – powiedział Yaguang Li, główny autor i naukowiec z Uniwersytetu Hawajskiego w Mānoa. Słuchając tych oscylacji, możemy precyzyjnie określić, jak masywna jest gwiazda, jak duża jest i ile ma lat.
Do tej pory gwiezdne pieśni były rejestrowane głównie z gwiazd gorętszych od Słońca, przy użyciu teleskopów kosmicznych, takich jak Kepler i TESS. Jednak oscylacje HD 219134 – chłodniejszego pomarańczowego karła oddalonego od nas o zaledwie 21 lat świetlnych – są zbyt subtelne, aby można je było wychwycić za pomocą zmian jasności badanych przez teleskopy kosmiczne.
Instrument KPF precyzyjnie mierzy ruch powierzchni gwiazdy w kierunku obserwatora i od niego. Przez cztery kolejne noce zespół wykorzystał KPF do zebrania ponad 2000 wysoce precyzyjnych pomiarów prędkości gwiazdy – co pozwoliło im uchwycić drgania gwiazdy w akcji. Jest to pierwszy asterosejsmiczny wniosek dotyczący wieku i promienia chłodnej gwiazdy przy użyciu KPF.
Szybki tryb odczytu KPF sprawia, że doskonale nadaje się on do wykrywania oscylacji w chłodnych gwiazdach – dodał Li, i jest to jedyny spektrograf na Mauna Kea zdolny do dokonywania tego typu odkryć.
Kapsuła czasu licząca 10 miliardów lat
Wykorzystując oscylacje wykryte w HD 219134, zespół określił jej wiek na 10,2 miliarda lat, czyli ponad dwukrotnie więcej niż wiek naszego Słońca. Czyni ją to jedną z najstarszych gwiazd ciągu głównego, której wiek określono za pomocą asterosejsmologii.
Pomiar ten jest czymś więcej niż tylko ciekawostką – ma on poważne implikacje dla tego, jak rozumiemy starzenie się gwiazd. Astronomowie wykorzystują metodę zwaną gyrochronologią do szacowania wieku gwiazd na podstawie tego, jak szybko one wirują. Młode gwiazdy wirują szybko, ale stopniowo zwalniają, tracąc z czasem moment pędu – podobnie jak wirujące bąki, które w końcu się zatrzymują.
Ale coś ciekawego dzieje się z gwiazdami takimi jak HD 219134: ich spowolnienie wirowania wydaje się zatrzymywać w starszym wieku. Nowy wiek asterosejsmologiczny pozwala naukowcom zakotwiczyć modele na starszym końcu gwiazdowej osi czasu, pomagając naukowcom udoskonalić sposób szacowania wieku niezliczonych innych gwiazd.
To jak znalezienie dawno zaginionego kamertonu do gwiezdnych zegarów – powiedział dr Yaguang Li. Daje nam to punkt odniesienia do kalibracji obrotu gwiazd na przestrzeni miliardów lat.
Puzzle w rozmiarze gwiazdy
Co zaskakujące, zespół odkrył również, że HD 219134 wydaje się mniejsza niż oczekiwano. Podczas gdy inne pomiary przy użyciu interferometrii – techniki, która mierzy rozmiar gwiazdy poprzez obserwację jej za pomocą wielu teleskopów – dały promień o około 4% większy, pomiar asterosejsmologiczny sugeruje bardziej zwartą gwiazdę.
Różnica ta jest zastanawiająca i stanowi wyzwanie dla założeń modelowania gwiazdowego – zwłaszcza w przypadku chłodniejszych gwiazd, takich jak HD 219134. Kwestią otwartą pozostaje, czy rozbieżność ta wynika z nierozpoznanych efektów atmosferycznych, pól magnetycznych, czy też głębszych kwestii związanych z modelowaniem.
Gwiazda HD 219134 nie jest samotna – jest gospodarzem rodziny co najmniej pięciu egzoplanet, w tym dwóch skalistych światów wielkości Ziemi, które tranzytują przed jej tarczą. Dzięki bardzo precyzyjnym pomiarom wielkości gwiazdy, zespół był w stanie doprecyzować rozmiary i gęstość tych planet. Zaktualizowane wartości potwierdzają, że światy te prawdopodobnie mają skład podobny do Ziemi, z solidnymi skalistymi powierzchniami.
Gwiezdne dźwięki i poszukiwanie życia
Instrumenty takie jak Keck Planet Finder umożliwiają pomiary innych gwiazd, takich jak HD 219134, które staną się celem poszukiwań życia na innych planetach w nadchodzących dekadach przy użyciu przyszłych misji NASA, takich jak Habitable Worlds Observatory.
Kiedy znajdziemy życie na innej planecie, będziemy chcieli wiedzieć, jak stare jest to życie – powiedział dr Daniel Huber, współautor artykułu. Wsłuchiwanie się w dźwięki wydawane przez jej gwiazdę da nam odpowiedź.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Astronomers Tune Into the Music of a Nearby Star Unlocking a Surprising Discovery
- K Dwarf Radius Inflation and a 10 Gyr Spin-down Clock Unveiled through Asteroseismology of HD 219134 from the Keck Planet Finder
Źródło: Obserwatorium Kecka
Na ilustracji: Wizja artystyczna układu HD 219134. Źródło: W.M. Keck Observatory
