Звук не может двигаться в космическом вакууме. Но это не меняет того факта, что звезды все еще генерируют всю симфонию дозвуковых нот, когда их ядерные печи генерируют сложные колебания. Телескопы могут видеть эти колебания как колебания яркости или температуры на поверхности звезды.
Понимая эти вибрации, мы можем узнать больше о внутренней структуре звезды, которая скрыта от нас.
«Виолончель звучит как виолончель из-за ее размера и формы», - говорит Жаклин Гольдштейн, аспирант Университета Висконсин-Мэдисон. «Колебания звезд также зависят от их размера и строения».
В своей работе Гольдштейн исследует взаимосвязь между структурой звезд и вибрациями, создавая программное обеспечение, которое имитирует различные звезды и их частоты. Когда он сравнивает свои симуляции с реальными звездами, Гольдштейн может точно настроить свою модель и улучшить способы заглянуть под поверхность звезд, изучая их деликатные звуки.
С учетом частот, повторяющихся в течение нескольких минут или дней, вибрации должны быть ускорены в тысячу или миллион раз, чтобы они находились в пределах диапазона, слышимого человеческим ухом. Эти звуки можно назвать "звездотрясениями" по аналогии с их сейсмическими кузенами на Земле. Область науки, которая изучает такие волны называется астросейсмологией.
Когда звезды осуществляют процессы слияния водорода с более тяжелыми элементами в своих ядрах, горячая плазма вибрирует и заставляет звезду менять свою яркость. Эти тонкие колебания много говорят исследователям о структуре звезды и о том, как она будет меняться с возрастом. Гольдштейн исследует звезды больше нашего Солнца.
«Я имею дело с этими звездами, которые взрываются, оставляя после себя черные дыры и нейтронные звезды и все самые тяжелые элементы во вселенной, из которых образованы планеты и земная жизнь», - говорит Гольдштейн. «Мы хотим понять, как они работают и как они влияют на развитие вселенной. Так что это действительно важные вопросы».
В сотрудничестве с проф. Ричем Таунсемдом и проф. Эллен Цвайбель, Гольдштейн, разработала программу GYRE, которая связана с программой MESA, которая имитирует звезды. Используя это программное обеспечение, Гольдштейн создает модели звезд разных типов и проверяет, как могут выглядеть их вибрации. На следующем этапе исследователи проверяют, насколько симуляции согласуются с реальностью.
"Так как я создала свои звезды, я знаю, как я их сделала. Когда я сравниваю предсказание вибрации с наблюдаемыми вибрациями настоящих звезд, и оказывается, что они одинаковы, то велика вероятность того, что внутреннее устройство моих звезд такое же, как и у настоящих. Когда они отличаются друг от друга - что происходит гораздо чаще - мы знаем, что нам нужно улучшить наши симуляции и протестировать их снова», - говорит Гольдштейн.
И GYRE, и MESA являются программами с открытым исходным кодом, что означает, что исследователи имеют полный доступ и могут изменять свой код. Каждый год от 40 до 50 ученых участвуют в летней школе MESA в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, где участники узнают о принципах использования программы и постоянно совершенствуют ее.
Две вещи могут вызвать колебания яркости звезды: внутренние вибрации и планеты, проходящие по диску звезды. Благодаря тому, что поиск экзопланет был очень быстрым, Гольдштейн получил доступ к огромному количеству новых данных о колебаниях звезд, которые можно найти в базах данных из многочисленных далеких звезд.
Самым активным наблюдателем звезд является космический телескоп TESS, который был запущен на орбиту в прошлом году и который наблюдает 200 000 самых ярких и ближайших к нам звезд.
«TESS наблюдает за всем небом», - говорит Гольдштейн. «Благодаря этому мы сможем определить, относительно всех звезд, которые мы видим в нашем окружении, пульсируют ли они или нет. Если это так, мы сможем изучить их пульсации, чтобы выяснить, что происходит в их недрах».
В настоящее время Жаклин Гольдштейн разрабатывает новую версию GYRE, которая будет использовать данные, собранные TESS. С помощью этой программы вы сможете симулировать настоящий оркестр, состоящий из сотен тысяч звезд.
Источник: Висконсинский университет в Мадисоне
