Астросейсмология - искусство изучать звезды с помощью звука

Астросейсмология - искусство изучать звезды с помощью звука

Мы привыкли считать звуком то, что можно услышать. Однако это всего лишь частное проявление гораздо более широкого феномена - вибрации. Грубо говоря, для физиков пение птиц мало чем отличается от, например, землетрясения. В первом случае колеблется воздух, во втором поверхность планеты, и при желании мы можем получить информацию о том, что не видно глазу. Птичьи трели слышны даже из-за закрытых штор, а последствия толчков, происходящих на большой глубине в земной коре, чувствуются по качанию люстры, звону посуды в шкафу и подпрыгивающей в комнате мебели. Изучая вибрации, сейсмологи многое узнали о внутренней структуре нашей планеты. Не удивительно, что астрономы решили воспользоваться опытом коллег при изучении звезд.

Загвоздка только одна: вибрации в вакууме космоса не распространяются. Здесь нет среды, которая передавала бы звуковые или любые другие волны. К счастью, колебания, отражающие то, что происходит внутри светила, можно «увидеть» на его поверхности. Ключевым игроком в подобных наблюдениях является конвекция. Вещество, нагреваясь в глубине звезды, становится менее плотным и поднимается. Достигнув поверхности, оно излучает тепло в виде света. Остывая, материя «густеет» и опускается, освобождая место для следующей волны. И так до бесконечности. Это непрерывное движение генерирует пульсирующие вибрации, отражающиеся на мерцании света звезды. Данный феномен поддается визуальному наблюдению, и именно на его изучении концентрируют свои усилия астросейсмологи.

Метод позволяет выяснить, что именно «сжигает» то или иное светило. Известно, что большую часть своей жизни звезды перерабатывают водород в гелий. После исчерпания первого элемента периодической таблицы они заметно увеличиваются в размерах, превращаясь в красных гигантов. На этом этапе своего существования светила генерируют энергию одним из двух способов: сжигая либо водород во внешней оболочке, либо гелий внутри ядра. Различить визуально, что именно потребляется звездой, наблюдателю, находящемуся за много световых лет, невероятно трудно. Однако ядро, состоящее из гелия, гораздо плотнее, чем водородная оболочка вокруг него, и этот параметр оказывает огромное влияние на характер вибраций.

В 2011 году была опубликована статья, авторы которой, используя данные, предоставленные космическим телескопом «Кеплер», проанализировали сейсмические волны на поверхности 400 ближайших к Земле красных гигантов. Ученые пытались выяснить, какой «диеты» придерживаются светила - гелиевой или водородной. Зачем это нужно было делать? Хотя бы потому, что, получив возможность различать два этих этапа жизни звезд, астрономы могут выявить некоторые важные закономерности и уточнить особенности изменений, происходящих в красных гигантах по мере их старения.

Колебания внутри звезд
Колебания внутри звезд

Гипотетически астросейсмология может предоставить и методы более корректного определения возраста звезд. В астрономии эта характеристика считается очень важной, но традиционные способы её выявления нельзя назвать сколько-нибудь точными. В основном они заключаются в экстраполяции температуры и массы звездных скоплений на данные об аналогичных космических сообществах. Но при датировке возраста отдельных светил этот прием не работает. Информации для сравнения у астрономов пока явно недостаточно, и хотя некоторые тенденции изменчивости уже начинают просматриваться, звезды в течение всей своей жизни выглядят, по большому счету, одинаковыми.

Но в 2008 году двое ученых предложили способ, который может решить эту проблему. По мере старения в звездах происходят трансформации размера, плотности, температуры и состава, и не в последнюю очередь это зависит от того топлива, которое сжигает светило. Эти изменения влияют на внутреннюю структуру космического объекта, что отражается на вибрациях. Выделив некие устойчивые сейсмические паттерны в звездных скоплениях, возраст которых известен, можно бы было попытаться создать надежную модель, связывающую колебания и «зрелость». Это увеличило бы точность данного рода измерений, снизив погрешность до 10-20%. Для сравнения: последняя сегодня составляет около 35-40%. Это открыло бы перед учеными огромные перспективы для научных исследований. Можно предположить, что астрономы смогли бы улучшить существующие представления об эволюции звездных систем, о процессах старения светил, а также о том, рядом с какими из них стоит искать экзопланеты, пригодные для жизни. 

Вас также может заинтересовать

Оставить комментарий

Другие записи из раздела Космос