غول های لرزان ممکن است اسرار مغناطیس ستاره ای را حل کنند | مجله کوانتا

سیاره ما محکوم به فناست. در چند میلیارد سال، خورشید سوخت هیدروژنی خود را تمام می‌کند و به یک غول قرمز متورم می‌شود - ستاره‌ای به قدری که سیارات درونی را می‌سوزاند، سیاه می‌کند و می‌بلعد.

در حالی که غول های قرمز برای سیارات خبر بدی هستند، اما برای اخترفیزیکدانان خبر خوبی هستند. قلب آنها کلید درک طیفی از اجسام ستاره ای، از پیش ستاره های نوپا گرفته تا کوتوله های سفید زامبی را در خود جای داده است، زیرا در اعماق آنها نیرویی نامرئی نهفته است که می تواند سرنوشت یک ستاره را شکل دهد: میدان مغناطیسی.

میدان های مغناطیسی نزدیک سطوح ستارگان اغلب به خوبی مشخص می شوند، اما آنچه در هسته آنها اتفاق می افتد عمدتا ناشناخته است. این در حال تغییر است، زیرا غول های قرمز به طور منحصر به فردی برای مطالعه مغناطیس در عمق یک ستاره مناسب هستند. دانشمندان این کار را با استفاده از ستارگان - نوسانات ظریف در سطح ستاره - به عنوان دریچه ای برای فضای داخلی ستاره ها انجام می دهند.

غول‌های قرمز این نوسانات را دارند که به شما امکان می‌دهد هسته را با حساسیت کاوش کنید. تیم رختخواب، ستاره لرزه شناس در دانشگاه سیدنی که ستاره های غول سرخ را مطالعه می کند.

سال گذشته، تیمی در دانشگاه تولوز این نوسانات را رمزگشایی کردند و میدان های مغناطیسی درون آن را اندازه گیری کردند. سه غول سرخ. اوایل امسال همین تیم میدان های مغناطیسی را شناسایی کرد درون 11 غول قرمز دیگر. با هم، مشاهدات نشان داد که قلب غول‌ها مرموزتر از حد انتظار است.

نزدیک به قلب یک ستاره، میدان های مغناطیسی نقش مهمی در اختلاط شیمیایی در درون ستاره ایفا می کنند که به نوبه خود بر چگونگی تکامل یک ستاره تأثیر می گذارد. با اصلاح مدل‌های ستاره‌ای و از جمله مغناطیس درونی، دانشمندان می‌توانند سن ستارگان را با دقت بیشتری محاسبه کنند. چنین اندازه‌گیری‌هایی می‌تواند به تعیین سن سیارات دوردست بالقوه قابل سکونت و تعیین جدول زمانی شکل‌گیری کهکشان‌ها کمک کند.

گفت: "ما مغناطیس را در مدل سازی ستاره ای لحاظ نمی کنیم." لیزا باگنت، یک اخترفیزیکدان در موسسه علم و فناوری اتریش که روش هایی را برای مطالعه میدان های مغناطیسی درون غول های قرمز ابداع کرد. این دیوانه است، اما اینجا نیست زیرا ما نمی دانیم که چگونه به نظر می رسد [یا] چقدر قوی است.

به خورشید خیره شوید

تنها راه کاوش در قلب یک ستاره، سیاره‌زه‌شناسی است، یعنی مطالعه نوسانات ستاره‌ها.

همانطور که امواج لرزه ای که در داخل زمین موج می زند می تواند برای نقشه برداری از چشم انداز زیرزمینی سیاره استفاده شود، نوسانات ستاره ای پنجره ای را به درون یک ستاره باز می کند. ستارگان با چرخش پلاسمای آنها نوسان می کنند و امواجی تولید می کنند که اطلاعاتی در مورد ترکیب و چرخش درونی ستاره دارند. Bugnet این فرآیند را با یک زنگ مقایسه می کند - شکل و اندازه یک زنگ صدای خاصی تولید می کند که ویژگی های خود زنگ را نشان می دهد.

برای مطالعه غول های لرزان، دانشمندان از داده های شکار سیاره ناسا استفاده می کنند تلسکوپ کپلرکه روشنایی بیش از 180,000 ستاره را برای سالها زیر نظر داشت. حساسیت آن به اخترفیزیکدانان اجازه داد تا تغییرات جزئی در نور ستارگان مرتبط با نوسانات ستاره ای را شناسایی کنند که هم بر شعاع و هم بر روشنایی ستاره تأثیر می گذارد.

اما رمزگشایی نوسانات ستاره ای مشکل است. آنها در دو نوع اصلی وجود دارند: حالت‌های فشار آکوستیک (حالت‌های p)، که امواج صوتی هستند که در نواحی بیرونی ستاره حرکت می‌کنند، و حالت‌های گرانشی (حالت‌های g)، که فرکانس کمتری دارند و عمدتاً به هسته محدود می‌شوند. . برای ستارگانی مانند خورشید ما، حالت های p بر نوسانات قابل مشاهده آنها غالب است. حالت‌های g آنها که تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی داخلی قرار می‌گیرند، برای شناسایی بسیار ضعیف هستند و نمی‌توانند به سطح ستاره برسند.

در سال 2011، پل بک، اخترفیزیکدان KU Leuven و همکارانش از داده های کپلر استفاده کرد برای نشان دادن اینکه در غول‌های قرمز، حالت‌های p و حالت‌های g با هم تعامل دارند و چیزی را تولید می‌کنند که به عنوان حالت مختلط شناخته می‌شود. حالت های مختلط ابزاری هستند که قلب یک ستاره را کاوش می کنند - آنها به ستاره شناسان اجازه می دهند تا نوسانات حالت g را ببینند - و آنها فقط در ستارگان غول سرخ قابل تشخیص هستند. مطالعه حالت‌های مختلط نشان داد که برخلاف آنچه اخترفیزیکدانان پیش‌بینی کرده بودند، هسته‌های غول سرخ بسیار کندتر از پوشش گازی ستاره می‌چرخند.

این یک غافلگیری بود - و نشانه احتمالی این بود که چیزی مهم در آن مدل ها گم شده بود: مغناطیس.

تقارن ستاره ای

سال گذشته، باند لییک ستاره لرزه شناس اکنون در KU Leuven، غول های کپلر را حفاری کرد. او در جستجوی سیگنالی با حالت ترکیبی بود که میدان مغناطیسی را در هسته یک غول سرخ ثبت کند. او گفت: «به طرز شگفت آوری، من در واقع چند نمونه از این پدیده را پیدا کردم.

به طور معمول، نوسانات حالت مختلط در غول های قرمز تقریباً به صورت ریتمیک رخ می دهد و یک سیگنال متقارن تولید می کند. Bugnet و دیگران داشتند پیش بینی میدان‌های مغناطیسی این تقارن را می‌شکنند، اما هیچ‌کس نتوانست آن مشاهدات پیچیده را انجام دهد - تا زمانی که تیم لی.

لی و همکارانش سه گانه غول پیکری را پیدا کردند که عدم تقارن های پیش بینی شده را نشان می داد و آنها محاسبه کردند که میدان مغناطیسی هر ستاره تا "2,000 برابر قدرت یک آهنربای معمولی یخچال" - قوی، اما مطابق با پیش بینی ها.

با این حال، یکی از سه غول سرخ آنها را غافلگیر کرد: سیگنال حالت مختلط آن عقب مانده بود. گفت: ما کمی گیج بودیم Sébastien Deheuvels، نویسنده مطالعه و اخترفیزیکدان در تولوز. Deheuvels فکر می کند که این نتیجه نشان می دهد که میدان مغناطیسی ستاره به سمت آن منحرف شده است، به این معنی که این تکنیک می تواند جهت میدان های مغناطیسی را تعیین کند، که برای به روز رسانی مدل های تکامل ستاره ای بسیار مهم است.

مطالعه دوم، به رهبری Deheuvels، از سیاره لرزه شناسی حالت مختلط برای شناسایی میدان های مغناطیسی در هسته 11 غول قرمز استفاده کرد. در اینجا، تیم بررسی کرد که چگونه این میدان‌ها بر ویژگی‌های حالت‌های g تأثیر می‌گذارند - که به گفته دیوولز، ممکن است راهی برای حرکت فراتر از غول‌های قرمز و شناسایی میدان‌های مغناطیسی در ستارگانی باشد که آن عدم تقارن‌های نادر را نشان نمی‌دهند. دیهوولز گفت، اما ابتدا می‌خواهیم تعداد غول‌های قرمزی را که این رفتار را نشان می‌دهند پیدا کنیم و آنها را با سناریوهای مختلف برای تشکیل این میدان‌های مغناطیسی مقایسه کنیم.

نه فقط یک عدد

استفاده از ستارگان برای بررسی فضای داخلی ستارگان باعث آغاز یک "رنسانس" در تکامل ستارگان شد. کانی آرتس، یک اخترفیزیکدان در KU Leuven.

رنسانس پیامدهای گسترده ای برای درک ما از ستارگان و جایگاه ما در کیهان دارد. تا کنون، سن دقیق تنها یک ستاره - خورشید ما - را می‌دانیم که دانشمندان بر اساس ترکیب شیمیایی شهاب‌سنگ‌هایی که در طول این زمان شکل گرفته بودند، تعیین کردند. تولد منظومه شمسی. برای هر ستاره دیگری در جهان، ما فقط سن تخمینی را بر اساس چرخش و جرم داریم. مغناطیس داخلی را اضافه کنید و راهی برای تخمین سن ستاره ها با دقت بیشتری خواهید داشت.

و سن فقط یک عدد نیست، بلکه ابزاری است که می تواند به برخی از عمیق ترین سوالات در مورد کیهان پاسخ دهد. به جستجوی حیات فرازمینی بپردازید. از سال 1992، دانشمندان بیش از 5,400 سیاره فراخورشیدی را مشاهده کرده اند. گام بعدی این است که آن دنیاها را مشخص کنید و مشخص کنید که آیا آنها برای زندگی مناسب هستند یا خیر. این شامل دانستن سن سیاره است. Deheuvels گفت: "و تنها راهی که می توانید سن آن را بدانید، دانستن سن ستاره میزبان است."

رشته دیگری که به سن ستاره ای دقیق نیاز دارد، باستان شناسی کهکشانی است، مطالعه نحوه جمع آوری کهکشان ها. به عنوان مثال کهکشان راه شیری در طول تکامل خود کهکشان های کوچکتر را بلعید. اخترفیزیکدانان این را می دانند زیرا فراوانی شیمیایی در ستارگان ریشه آنها را نشان می دهد. اما آنها جدول زمانی خوبی برای زمان وقوع آن ندارند - سن ستاره ای استنباط شده به اندازه کافی دقیق نیستند.

آرتس گفت: «واقعیت این است که گاهی اوقات ما در سن ستارگان 10 عامل اشتباه هستیم.

مطالعه میدان های مغناطیسی درون قلب های ستاره ای هنوز در مراحل اولیه است. هنگامی که نوبت به درک چگونگی تکامل ستارگان می شود، ناشناخته های زیادی وجود دارد. و برای Aerts، زیبایی در آن وجود دارد.

او گفت: "طبیعت از ما تخیلی تر است."

هزینه سفر جکسون رایان برای این داستان تا حدی توسط ISTA Science Journalist in Residence برنامه تامین شد.