"Музыка" звездотрясений — мощные вибрации, вызванные лопающимися пузырьками газа, которые распространяются по всему телу многих звезд, — может дать гораздо больше информации об истории звезд и их внутреннем устройстве, чем думали ученые.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, мы проанализировали частотные характеристики звездотрясений в широком диапазоне гигантских звезд в звездном скоплении M67, расположенном почти в 3000 световых годах от Земли.
Используя наблюдения, полученные в ходе миссии K2 космического телескопа Kepler, у нас была редкая возможность проследить эволюцию звезд на протяжении большей части их пути через гигантскую фазу звездного жизненного цикла.
При этом мы обнаружили, что эти звезды застревают, "играя одну и ту же часть своей мелодии", как только их турбулентный внешний слой достигает чувствительной области глубоко внутри.
Это открытие открывает новый способ понять историю звезд — и всей галактики в целом.
Звуки звездотрясений
Звездотрясения происходят у большинства звезд (таких как наше Солнце), внешний слой которых бурлит, как в кастрюле с кипящей водой. Пузырьки горячего газа поднимаются и лопаются на поверхности, вызывая рябь по всей звезде, которая заставляет ее вибрировать особым образом.
Мы можем обнаружить эти колебания, которые происходят на определенных "резонансных частотах", наблюдая за едва заметными изменениями яркости звезды. Изучая частоты каждой звезды в группе, называемой скоплением, мы можем настроиться на уникальную "песню" этого скопления.
Наше исследование бросает вызов предыдущим предположениям о резонансных частотах в гигантских звездах, показывая, что они дают более глубокое представление о звездных недрах, чем считалось ранее. Более того, наше исследование открыло новые способы расшифровки истории нашей галактики.
Мелодия звездного скопления
Астрономы давно пытались понять, как звезды, подобные нашему солнцу, эволюционируют с течением времени.
Один из лучших способов сделать это — изучить скопления - группы звезд, которые сформировались вместе и имеют одинаковый возраст и состав. Скопление под названием M67 привлекло большое внимание, потому что оно содержит много звезд с химическим составом, сходным с солнечным.
Подобно тому, как землетрясения помогают нам изучать недра Земли, звездотрясения показывают, что находится под поверхностью звезды. Каждая звезда "поет" свою мелодию, частоты которой определяются ее внутренней структурой и физическими свойствами.
Более крупные звезды издают более глубокие и медленные вибрации, в то время как звезды меньшего размера вибрируют на более высоких частотах. И ни одна звезда не воспроизводит только одну ноту — каждая из них резонирует с полным спектром звучания внутри себя.
Удивительная особенность
Одной из ключевых частотных характеристик является так называемый малый интервал - группа резонансных частот, расположенных довольно близко друг к другу. У молодых звезд, таких как Солнце, этот признак может дать представление о том, сколько водорода еще осталось сгореть в ядре звезды.
У красных гигантов ситуация иная. Эти старые звезды израсходовали весь водород в своих ядрах, которые теперь инертны.
Однако в оболочке, окружающей ядро, продолжается синтез водорода. Долгое время считалось, что небольшие расстояния между такими звездами дают мало новой информации.
Небольшая пауза.
Когда мы измерили малые расстояния между звездами в M67, мы были удивлены, обнаружив изменения во внутренних областях слияния звезды.
По мере утолщения оболочки, сжигающей водород, расстояния увеличивались. Когда оболочка двигалась внутрь, они уменьшались.
Затем мы обнаружили еще кое-что неожиданное: на определенном этапе небольшие промежутки прекратились. Это было похоже на то, как если бы пластинка остановилась на одной ноте.
Мы обнаружили, что это торможение возникает на определенном этапе жизни гигантской звезды — когда ее внешняя оболочка, "кипящий" слой, который переносит тепло, становится настолько глубоким, что составляет около 80% массы звезды. В этот момент внутренняя граница оболочки достигает высокочувствительной области звезды.
Эта граница чрезвычайно турбулентна, и скорость звука на ней резко меняется, и это резкое изменение влияет на то, как звуковые волны распространяются через звезду. Мы также обнаружили, что частота торможения в значительной степени определяется массой и химическим составом звезды.
Это дает нам новый способ идентифицировать звезды на этом этапе и оценивать их возраст с большей точностью.
История галактики
Звезды подобны ископаемым останкам. Они несут на себе отпечаток окружающей среды, в которой они сформировались, и их изучение позволяет нам собрать воедино историю нашей галактики.
Млечный Путь вырос за счет слияния с меньшими галактиками, в результате чего в разное время в разных регионах образовались звезды. Более точные оценки возраста галактики помогают нам восстановить эту историю более подробно.
Скопления, подобные M67, также позволяют заглянуть в будущее нашего Солнца, давая представление об изменениях, которые оно претерпит в течение миллиардов лет.
Это открытие дает нам новый инструмент и новую причину пересмотреть уже имеющиеся у нас данные. Благодаря многолетним сейсмическим наблюдениям по всему Млечному Пути, теперь мы можем вернуться к этим звездам и "прислушаться" снова, на этот раз зная, к чему прислушиваться.
