Naukowcy badają wewnętrzną strukturę odległych słońc oraz ich pulsacje. Na pierwszy rzut oka wydaje się niemożliwe, aby zajrzeć do wnętrza gwiazdy. Międzynarodowy zespół astronomów pod przewodnictwem Earla Bellingera i Saski Hekker z Instytutu Badań Układu Słonecznego Maxa Plancka w Getyndze po raz pierwszy określił głęboką strukturę wewnętrzną dwóch gwiazd w oparciu o ich oscylacje.
Nasze Słońce i większość gwiazd doświadcza pulsacji, które rozprzestrzeniają się we wnętrzu gwiazdy jako fale dźwiękowe. Częstotliwości tych fal są odzwierciedlone w świetle gwiazdy, co mogą obserwować astronomowie. Podobnie jak sejsmologowie rozszyfrowali wewnętrzną strukturę naszej planety poprzez analizę trzęsień ziemi, astronomowie określają właściwości gwiazd na podstawie ich pulsacji – jest to dziedzina nauki zwana asterosejsmologią. Teraz, po raz pierwszy, szczegółowa analiza tych pulsacji umożliwiła Earlowi Bellingerowi, Saski Hekker i ich współpracownikom pomiar wewnętrznej struktury dwóch odległych gwiazd.
Obydwie analizowane gwiazdy są częścią układu 16 Cygni (znane jako 16 Cyg A i 16 Cyg B) i są bardzo podobne do Słońca. Ze względu na niewielką odległość, zaledwie 70 lat świetlnych, gwiazdy te są stosunkowo jasne i dlatego idealnie nadają się do naszej analizy. Wcześniej można było tylko tworzyć modele wnętrza gwiazd. Teraz możemy je mierzyć – mówi Earl Bellinger.
Aby stworzyć model wnętrza gwiazdy, astronomowie zmieniają modele ewolucji gwiazd, aż jeden z nich będzie pasował do obserwowanego widma częstotliwości. Jednakże pulsacje w modelach teoretycznych różnią się od tych gwiazdowych, najprawdopodobniej z powodu wciąż nieznanej fizyki gwiazd. W związku z tym Bellinger i Hekker postanowili zastosować odwrotną metodę: ustalili lokalne właściwości wnętrza gwiazdy na podstawie obserwowanych częstotliwości. Metoda ta w mniejszym stopniu zależy od założeń teoretycznych, ale wymaga doskonałej jakości danych pomiarowych i jest matematycznie trudna.
Używając metody odwrotnej, badacze zajrzeli ponad 500 000 kilometrów w głąb gwiazd i odkryli, że prędkość dźwięku w centralnych regionach jest większa, niż przewidywały modele. W przypadku 16 Cyg B różnice te można wytłumaczyć, korygując to, co uważaliśmy za masę i rozmiar gwiazdy – mówi Bellinger. W przypadku 16 Cyg A jednak nie można było określić przyczyny rozbieżności.
Jest możliwe, że dotychczas nieznane zjawiska fizyczne nie są w wystarczającym stopniu uwzględniane przez obecne modele ewolucyjne. Pierwiastki, które powstały we wczesnych fazach ewolucji gwiazdy, mogły zostać przeniesione z jej jądra do zewnętrznych warstw. Spowodowałoby to zmianę wewnętrznej stratyfikacji gwiazdy, która wpływa na sposób oscylacji – wyjaśnia Bellinger. Po pierwszej analizie strukturalnej będzie ich więcej. W danych z kosmicznego teleskopu Keplera można znaleźć dziesięć do dwudziestu dodatkowych gwiazd odpowiednich do takiej analizy – mówi Saskia Hekker, która kieruje grupą badawczą Stellar Ages and Galactic Evolution (SAGE) w Instytucie Maxa Plancka w Getyndze. W przyszłości misja NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) i kosmiczny teleskop PLATO (Planetary Transits and Oscillation of Stars) planowany przez ESA, zgromadzą jeszcze więcej danych dla tego obszaru badań.
Metoda odwrotna pomogą nam lepiej zrozumieć fizykę działającą w gwiazdach. Doprowadzi to do stworzenia lepszych modeli gwiazd, które następnie poprawią naszą zdolność przewidywania przyszłej ewolucji Słońca i innych gwiazd w Galaktyce.
Więcej:
A deep look into the hearts of stars
Źródło: Instytut Maxa Plancka
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na zdjęciu: Spojrzenie w serce: wizja artystyczna wnętrza gwiazdy, którą badano dzięki oscylacjom powierzchni. Źródło: Earl Bellinger/ESA
