A remegő óriások megfejthetik a csillagmágnesesség titkait | Quanta Magazin

Bolygónk pusztulásra van ítélve. Néhány milliárd éven belül a Nap kimeríti a hidrogén üzemanyagát, és vörös óriássá duzzad – akkora csillaggá, hogy megperzsel, megfeketedik és elnyeli a belső bolygókat.

Míg a vörös óriások rossz hír a bolygóknak, jó hír az asztrofizikusoknak. Szívükben rejlik a kulcs a csillagtestek széles skálájának megértéséhez, a fiatal protocsillagoktól a zombi fehér törpékig, mert mélyen bennük rejlik egy láthatatlan erő, amely képes alakítani a csillagok sorsát: a mágneses mező.

A csillagok felszínéhez közeli mágneses mezőket gyakran jól jellemzik, de hogy mi történik a magjukban, az többnyire ismeretlen. Ez megváltozik, mert a vörös óriások egyedülállóan alkalmasak a csillagok mélyén lévő mágnesesség tanulmányozására. A tudósok ezt úgy teszik, hogy a csillagrengéseket – a csillagok felszínén fellépő finom oszcillációkat – portálként használják a csillagok belsejébe.

"A vörös óriások rendelkeznek ezekkel az oszcillációkkal, amelyek lehetővé teszik a mag nagyon érzékeny szondázását" - mondta Tim Bedding, a Sydney Egyetem aszteroszeizmológusa, aki a vörös óriáscsillagokat tanulmányozza.

Tavaly a Toulouse-i Egyetem egyik csapata dekódolta ezeket az oszcillációkat, és megmérte a mágneses mezőket. vörös óriások hármasa. Az év elején ugyanez a csapat észlelt mágneses mezők belül további 11 vörös óriás. A megfigyelések együttesen azt mutatták, hogy az óriások szíve a vártnál titokzatosabb.

A csillagok szívéhez közel álló mágneses mezők döntő szerepet játszanak a csillag belsejében zajló kémiai keveredésben, ami viszont befolyásolja a csillag fejlődését. A csillagmodellek finomításával és a belső mágnesesség bevonásával a tudósok pontosabban tudják kiszámítani a csillagok korát. Az ilyen mérések segíthetnek meghatározni a potenciálisan lakható távoli bolygók korát, és meghatározni a galaxisok kialakulásának idővonalait.

„Nem vesszük figyelembe a mágnesességet a csillagmodellezésben” – mondta Lisa Bugnet, az Ausztriai Tudományos és Technológiai Intézet asztrofizikusa, aki módszereket dolgozott ki a vörös óriások belsejében lévő mágneses mezők tanulmányozására. "Őrültség, de egyszerűen nincs ott, mert fogalmunk sincs, hogyan néz ki [vagy] milyen erős."

Bámulj a Napba

A csillagok szívét csak az aszteroszeizmológia, a csillagoszcilláció tanulmányozása segítségével lehet megvizsgálni.

Ugyanúgy, ahogy a Föld belsejében hullámzó szeizmikus hullámok felhasználhatók a bolygó földalatti tájának feltérképezésére, a csillagoszcillációk ablakot nyitnak a csillagok belsejébe. A csillagok oszcillálnak, miközben plazmáik kavarnak, hullámokat hozva létre, amelyek információt hordoznak a csillagok belső összetételéről és forgásáról. Bugnet a folyamatot a csengőhanghoz hasonlítja – a harang alakja és mérete specifikus hangot ad ki, amely felfedi magának a harangnak a tulajdonságait.

A földrengő óriások tanulmányozásához a tudósok a NASA bolygóvadászatának adatait használják fel Kepler távcső, amely több mint 180,000 XNUMX csillag fényességét figyelte éveken át. Érzékenysége lehetővé tette az asztrofizikusok számára, hogy észleljék a csillagfényben a csillagoszcillációkkal összefüggő apró változásokat, amelyek a csillag sugarát és fényességét egyaránt befolyásolják.

De a csillagoszcilláció dekódolása bonyolult. Két alapvető ízben kaphatók: akusztikus nyomásmódok (p-módok), amelyek a csillag külső tartományain áthaladó hanghullámok, és gravitációs módok (g-módok), amelyek frekvenciája alacsonyabb, és többnyire a magra korlátozódnak. . Az olyan csillagok esetében, mint a mi Napunk, a p-módok uralják megfigyelhető oszcillációikat; A belső mágneses mezők által befolyásolt g-módjuk túl gyenge az észleléshez, és nem éri el a csillag felszínét.

2011-ben a KU Leuven asztrofizikusa, Paul Beck és munkatársai Kepler-adatokat használtak annak bemutatására, hogy a vörös óriásokban a p-módok és a g-módok kölcsönhatásba lépnek egymással, és létrehozzák az úgynevezett vegyes üzemmódot. A vegyes módok olyan eszközök, amelyek a csillagok szívét vizsgálják – lehetővé teszik a csillagászok számára, hogy lássák a g-módusú oszcillációkat –, és csak vörös óriáscsillagokban észlelhetők. A vegyes üzemmódok tanulmányozása során kiderült, hogy a vörös óriásmagok sokkal lassabban forognak, mint a csillag gáznemű burkolata, ellentétben azzal, amit az asztrofizikusok jósoltak.

Ez meglepetés volt – és lehetséges jele annak, hogy valami lényeges hiányzik ezekből a modellekből: a mágnesesség.

Csillagszimmetria

Tavaly, Gang Li, aki jelenleg a KU Leuvenben dolgozik, a Kepler óriásai között ásott. Vegyes módú jelet keresett, amely rögzítette a mágneses teret egy vörös óriás magjában. „Megdöbbentő módon valóban találtam néhány példát ennek a jelenségnek” – mondta.

Jellemzően a vegyes módú rezgések a vörös óriásoknál szinte ritmikusan mennek végbe, szimmetrikus jelet produkálva. Bugnetnek és másoknak volt jósolt hogy a mágneses mezők megtörik ezt a szimmetriát, de ezt a trükkös megfigyelést senki sem tudta elvégezni – egészen Li csapatáig.

Li és kollégái találtak egy óriási triót, amely a megjósolt aszimmetriákat mutatta, és kiszámították, hogy minden csillag mágneses tere legfeljebb „2,000-szer nagyobb erősségű, mint egy tipikus hűtőmágnes” – erős, de megfelel az előrejelzéseknek.

A három vörös óriás közül az egyik azonban meglepte őket: vegyes módú jele visszafelé haladt. „Kicsit tanácstalanok voltunk” – mondta Sébastien Deheuvels, tanulmány szerzője és asztrofizikus Toulouse-ban. Deheuvels szerint ez az eredmény arra utal, hogy a csillag mágneses tere az oldalára billen, ami azt jelenti, hogy a technika meghatározhatja a mágneses mezők irányát, ami döntő fontosságú a csillagfejlődési modellek frissítéséhez.

Egy másik, Deheuvels által vezetett tanulmány vegyes módú aszteroszeizmológiát használt a mágneses mezők kimutatására 11 vörös óriás magjában. Itt a csapat azt vizsgálta, hogy ezek a mezők hogyan befolyásolták a g-módusok tulajdonságait – amelyek Deheuvels megjegyezte, hogy módot nyújthatnak a vörös óriásokon való túllépésre és a mágneses mezők észlelésére olyan csillagokban, amelyek nem mutatják ezeket a ritka aszimmetriákat. De először „meg akarjuk találni azoknak a vörös óriásoknak a számát, amelyek ezt a viselkedést mutatják, és összehasonlítjuk őket a mágneses mezők kialakulásának különböző forgatókönyveivel” – mondta Deheuvels.

Nem csak egy szám

A csillagrengések használata a csillagok belsejének felderítésére a csillagfejlődés "reneszánszát" indította el. Conny Aerts, a KU Leuven asztrofizikusa.

A reneszánsznak messzemenő következményei vannak a csillagok és a kozmoszban elfoglalt helyünk megértésében. Egyelőre egyetlen csillag – a mi Napunk – pontos korát ismerjük, amelyet a tudósok a meteoritok kémiai összetétele alapján határoztak meg a naprendszer születése. Az univerzum minden második csillagának csak becsült kora van a forgás és a tömeg alapján. Adjon hozzá belső mágnesességet, és mód nyílik a csillagok korának pontosabb becslésére.

Az életkor pedig nem csupán egy szám, hanem egy eszköz, amely segíthet megválaszolni a kozmosszal kapcsolatos legmélyebb kérdéseket. Keresd a földönkívüli életet. 1992 óta a tudósok több mint 5,400 exobolygót észleltek. A következő lépés az, hogy jellemezzük ezeket a világokat, és meghatározzuk, hogy alkalmasak-e az életre. Ebbe beletartozik a bolygó korának ismerete. "És az egyetlen módja annak, hogy megismerje a korát, ha ismeri a műsorvezető sztár korát" - mondta Deheuvels.

Egy másik terület, amely pontos csillagkort igényel, a galaktikus régészet, a galaxisok összeállításának tanulmányozása. A Tejút például kisebb galaxisokat zabált fel fejlődése során; az asztrofizikusok tudják ezt, mert a csillagokban lévő kémiai mennyiségek eredetükre vezethetők vissza. De nincs jó idővonaluk arra vonatkozóan, hogy ez mikor történt – a kikövetkeztetett csillagkorszakok nem elég pontosak.

„A valóság az, hogy a csillagkorban néha tízszeres tévedésben vagyunk” – mondta Aerts.

A csillagszívekben lévő mágneses mezők tanulmányozása még gyerekcipőben jár; sok ismeretlen van a csillagok fejlődésének megértésében. És Aerts számára ebben rejlik a szépség.

„A természet képzeletesebb, mint mi” – mondta.

Jackson Ryan utazását ehhez a történethez részben az ISTA Science Journalist in Residence Program finanszírozta.