巨大地震が恒星の磁気の謎を解くかもしれない | クアンタマガジン

私たちの地球は滅亡する運命にあります。 数十億年後には、太陽は水素燃料を使い果たし、赤色巨星へと膨れ上がり、内惑星を焦がし、黒くし、飲み込むほど大きな星となるだろう。

赤色巨星は惑星にとっては悪いニュースですが、天体物理学者にとっては良いニュースです。 彼らの心臓は、生まれたばかりの原始星からゾンビの白色矮星に至るまで、さまざまな恒星体を理解する鍵を握っています。なぜなら、彼らの心臓の奥深くには、星の運命を形作ることができる目に見えない力、つまり磁場があるからです。

星の表面近くの磁場はよく特徴付けられていることが多いですが、その中心で何が起こっているのかはほとんどわかっていません。 赤色巨星は恒星の深部の磁気を研究するのに独特に適しているため、状況は変わりつつある。 科学者たちは、星の内部への入り口として星震（星の表面での微妙な振動）を利用してこれを行っています。

「赤色巨星には振動があり、そのため核を非常に敏感に探ることができます。」 ティム寝具、シドニー大学の星地震学者で、赤色巨星を研究しています。

昨年、トゥールーズ大学のチームはこれらの振動を解読し、内部の磁場を測定しました。 赤色巨星のトリオ。 今年初めに同じチームで 検出された磁場 さらに11個の赤色巨星の中に。 総合すると、この観察結果は、巨人の心臓が予想以上に謎に満ちていることを示した。

星の中心部に近い磁場は、星の内部での化学混合において重要な役割を果たし、それが星の進化に影響を与えます。 恒星のモデルを改良し、内部磁気を含めることにより、科学者は恒星の年齢をより正確に計算できるようになります。 このような測定は、潜在的に居住可能な遠く離れた惑星の年齢を決定し、銀河形成のタイムラインを特定するのに役立つ可能性があります。

「私たちは星のモデリングに磁気を含めません」と彼は言いました。 リサ・バグネット、オーストリア科学技術研究所の天体物理学者で、赤色巨星の内部の磁場を研究する方法を開発しました。 「それはクレイジーですが、それがどのように見えるか[または]どのくらい強いかわからないので、そこには存在しません。」

太陽を見つめる

星の中心部を調査する唯一の方法は、星の振動の研究である星震学を使用することです。

地球の内部を波打つ地震波を利用して惑星の地下の景観を地図化できるのと同じように、星の振動は星の内部への窓を開きます。 星はプラズマが撹拌するにつれて振動し、星の内部組成と回転に関する情報を伝える波を生成します。 Bugnet はこのプロセスを、鳴る鐘に例えています。鐘の形と大きさが特定の音を生み出し、それが鐘自体の特性を明らかにします。

巨大地震を研究するため、科学者たちはNASAの惑星探索データを使用 ケプラー望遠鏡、180,000万個以上の星の明るさを何年にもわたって監視しました。 その感度により、天体物理学者は、星の半径と明るさの両方に影響を与える星の振動に関連する星の光の微細な変化を検出することができました。

しかし、星の振動を解読するのは難しい。 それらには XNUMX つの基本的な種類があります。XNUMX つは星の外側領域を通過する音波である音圧モード (p モード)、もう XNUMX つは周波数が低く、ほとんどが中心に限定されている重力モード (g モード) です。 。 私たちの太陽のような恒星では、p モードが観測可能な振動を支配します。 内部磁場の影響を受けるGモードは検出するには弱すぎるため、星の表面に到達することはできません。

2011年、ルーヴェン大学の天体物理学者ポール・ベックと同僚 ケプラーデータを使用 赤色巨星では、p モードと g モードが相互作用して、混合モードとして知られるものが生成されることを示します。 混合モードは星の中心部を調べるツールであり、天文学者は混合モードによって G モード振動を見ることができます。混合モードは赤色巨星でのみ検出可能です。 混合モードの研究により、天体物理学者の予測に反して、赤色巨星の核は星のガス状の外皮よりもはるかにゆっくりと回転していることが明らかになった。

それは驚きでした。そして、これらのモデルには磁気という重要な何かが欠けている可能性があることを示しています。

恒星対称性

昨年、 カン・リー、現在ルーヴェン大学の星地震学者である彼は、ケプラーの巨人を調査しました。 彼は、赤色巨星の中心部の磁場を記録した混合モード信号を探していました。 「驚くべきことに、私は実際にこの現象の例をいくつか見つけました」と彼は言いました。

通常、赤色巨星の混合モード振動はほぼリズミカルに発生し、対称的な信号を生成します。 バグネットらは 予測 磁場がその対称性を破ると考えられていましたが、リー氏のチームが現れるまで、誰もその難しい観測を行うことができませんでした。

リーと彼の同僚は、予測された非対称性を示す巨大なトリオを発見し、各星の磁場が 以下 「一般的な冷蔵庫の磁石の 2,000 倍の強度」 - 強力ですが、予測と一致しています。

しかし、XNUMX つの赤色巨星のうちの XNUMX つが彼らを驚かせました。その混合モード信号は逆向きでした。 「私たちは少し当惑しました」と彼は言いました セバスチャン・ドゥフーヴェル、研究著者であり、トゥールーズの天体物理学者です。 デフーベルス教授は、この結果は星の磁場が横に傾いていることを示唆しており、この技術が磁場の向きを決定できる可能性があることを意味しており、これは恒星の進化モデルを更新するために重要であると考えている。

Deheuvels氏が主導した11番目の研究では、混合モード星地震学を利用してXNUMX個の赤色巨星の核の磁場を検出した。 ここで研究チームは、これらの磁場がgモードの特性にどのような影響を与えるかを調査した。これにより、赤色巨星を超えて、まれな非対称性を示さない星の磁場を検出する方法が提供される可能性があるとデフーベルス氏は指摘した。 しかし、まず「我々はこのような挙動を示す赤色巨星の数を見つけ出し、それらをこれらの磁場の形成に関するさまざまなシナリオと比較したいと考えています」とデフーベルス氏は述べた。

単なる数字ではありません

星震を利用して星の内部を調査することで、星の進化の「ルネッサンス」が始まった、と述べた。 コニー・アーツ、ルーヴェン大学の天体物理学者。

ルネッサンスは、星と宇宙における私たちの位置についての私たちの理解に広範囲に影響を与えます。 これまでのところ、私たちはたった XNUMX つの星、つまり太陽の正確な年齢を知っています。科学者たちは、その正確な年齢を、大昔に形成された隕石の化学組成に基づいて決定しました。 太陽系の誕生。 宇宙にある他のすべての星については、自転と質量に基づいて推定年齢しかわかっていません。 内部磁気を加えると、星の年齢をより正確に推定する方法が得られます。

そして、年齢は単なる数字ではなく、宇宙に関する最も深遠な質問のいくつかに答えるのに役立つ可能性のあるツールです。 地球外生命体を探してみましょう。 1992 年以来、科学者たちは 5,400 個以上の系外惑星を発見してきました。 次のステップは、それらの世界の特徴を明らかにし、それらが生活に適しているかどうかを判断することです。 それには地球の年齢を知ることも含まれます。 「そして、その年齢を知る唯一の方法は、ホストスターの年齢を知ることです」とデフーベルス氏は言いました。

正確な星の年齢を必要とするもう XNUMX つの分野は、銀河がどのように組み立てられているかを研究する銀河考古学です。 たとえば、天の川銀河は進化の過程でより小さな銀河を飲み込みました。 天体物理学者はこのことを知っています。なぜなら、星の中の化学物質の存在量はその祖先を追跡しているからです。 しかし、それがいつ起こったのかについては、正確なタイムラインがありません。推定される星の年齢は十分に正確ではありません。

「現実には、私たちは星の年齢を10倍間違っていることもあります」とアーツ氏は語った。

星の心臓内の磁場の研究はまだ初期段階にあります。 星がどのように進化するかを理解するには、不明な点がたくさんあります。 そしてアーツにとって、そこには美しさがあります。

「自然は私たちよりも想像力豊かです」と彼女は言いました。

この記事のためのジャクソン・ライアンの旅費の一部は、ISTA 科学ジャーナリスト・イン・レジデンス・プログラムによって資金提供されました。