Astronomowie zajrzeli do wnętrza pobliskiej gwiazdy. Posłużyły do tego jej wibracje

Korzystając z obserwatorium W. M. Kecka na szczycie hawajskiego wulkanu Maunakea, astronomowie dotarli do subtelnych oscylacji pobliskiej gwiazdy i ujawnili coś, co podważa istniejące modele fizyki gwiazd. W najnowszym artykule opublikowanym na łamach periodyku The Astrophysical Journal astronomowie opisali wyniki obserwacji przeprowadzonych za pomocą urządzenia Keck Planet Finder. Celem badań było wykonanie pomiarów drgań chłodnej, stosunkowo spokojnej gwiazdy znajdującej się w naszym kosmicznym otoczeniu.

Asterosejsmologia, bo taką nazwę nosi ta dziedzina nauki, polega na wykrywaniu naturalnych częstotliwości wibracji gwiazdy. Można powiedzieć, że jest to nasłuchiwanie kosmicznych symfonii, w których grają prawdziwe gwiazdy, nie takie z Hollywood. Wody!

Obserwowane w ten sposób oscylacje pozwalają naukowcom uzyskać szczegółowe informacje na temat wewnętrznej struktury gwiazdy, podobnie jak fale sejsmiczne ujawniają wewnętrzne warstwy Ziemi. Chociaż gwiazdy nie wytwarzają dźwięku w sposób, w jaki słyszymy go na Ziemi, te rytmiczne oscylacje można uchwycić za pomocą specjalistycznych instrumentów, takich jak właśnie użyty tutaj KPF, który mierzy drobne zmiany w ruchu powierzchni gwiazdy.

Bohaterką badań była gwiazda skatalogowana pod numerem HD 219134. Jest to chłodny, pomarańczowy obiekt znajdujący się zaledwie 21 lat świetlnych stąd. Jego oscylacje są zbyt słabe, aby mogły zostać wykryte przez teleskopy kosmiczne, takie jak Kepler lub TESS, które poszukują drobnych zmian w jasności gwiazdy. Zamiast tego Keck Planet Finder umożliwił naziemne wykrywanie ruchu powierzchni gwiazdy, umożliwiając astronomom zebranie ponad 2000 precyzyjnych odczytów prędkości w ciągu czterech nocy.

Dane te pozwoliły zmierzyć wiek i promień gwiazdy za pomocą asterosejsmologii — co jest pierwszym tego typu osiągnięciem w przypadku chłodnej gwiazdy.

Wyniki były zaskakujące: HD 219134 ma około 10,2 miliarda lat, czyli ponad dwukrotnie więcej niż nasze Słońce. To czyni ją jedną z najstarszych znanych gwiazd ciągu głównego, której wiek określono tą metodą.

Ten precyzyjny pomiar wieku niesie ze sobą istotne implikacje dla modeli ewolucji gwiazd. Astronomowie powszechnie stosują technikę zwaną żyrochronologią, aby szacować wiek gwiazd na podstawie tego, jak szybko się obracają. Młode gwiazdy obracają się szybko, ale z czasem zwalniają z powodu utraty momentu pędu. Jednak gwiazdy takie jak HD 219134 wydają się łamać tę regułę, a ich spowolnienie rotacyjne zatrzymuje się w zaawansowanym wieku. Nowe dane stanowią kluczowy punkt odniesienia do udoskonalenia modeli i lepszego zrozumienia, w jaki sposób gwiazdy się starzeją.

Oprócz wieku w ramach badań udało się dostrzec zagadkową niespójność w rozmiarze gwiazdy. Analiza asterosejsmiczna sugeruje, że HD 219134 jest mniejsza, niż wcześniej szacowano, co przeczy wcześniejszym pomiarom wykonanym za pomocą interferometrii, które wskazywały na promień o około 4% większy. Przyczyna tej rozbieżności pozostaje niejasna i może wskazywać na nieznane wpływy atmosferyczne, aktywność magnetyczną lub wady obecnych technik modelowania chłodniejszych gwiazd.

Wiadomo, że wokół HD 219134 znajduje się co najmniej pięć planet, w tym dwie skaliste superziemie, które regularnie przechodzą na tle tarczy swojej gwiazdy macierzystej. Dzięki dokładniejszemu pomiarowi promienia gwiazdy astronomowie byli w stanie udoskonalić pomiary rozmiarów i gęstości tych planet, potwierdzając, że prawdopodobnie mają one skład podobny do ziemskiego.

Opisany tutaj projekt badawczy doskonale ilustruje rosnące znaczenie naziemnych instrumentów, takich jak KPF, w poszukiwaniu życia poza naszym Układem Słonecznym. Gdy astronomowie patrzą w przyszłość misji NASA, takich jak Habitable Worlds Observatory, możliwość precyzyjnego określania właściwości gwiazdy będzie kluczowa. Na przykład zrozumienie wieku gwiazdy macierzystej mogłoby pomóc naukowcom oszacować, jak długo istnieją jej planety i wszelkie potencjalne życie na nich.

Źródło: The Astrophysical Journal

Artykuł Astronomowie zajrzeli do wnętrza pobliskiej gwiazdy. Posłużyły do tego jej wibracje pochodzi z serwisu PULS KOSMOSU.