Astronomer finder regelmæssige rytmer blandt pulserende stjerner

Ved at lytte til stjernernes bankende hjerter, astronomer har for første gang identificeret en livsrytme for en klasse af stjerneobjekter, som indtil nu havde undret videnskabsmænd.

Deres resultater rapporteres i dag i Natur .

"Tidligere fandt vi for mange rodede noter til at forstå disse pulserende stjerner ordentligt, " sagde hovedforfatter professor Tim Bedding fra University of Sydney. "Det var et rod, som at lytte til en kat, der går på et klaver."

Det internationale hold brugte data fra NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), et rumteleskop, der hovedsageligt bruges til at opdage planeter omkring nogle af de nærmeste stjerner på Jorden. Det gav holdet lysstyrkemålinger af tusindvis af stjerner, giver dem mulighed for at finde 60, hvis pulseringer gav mening.

"De utrolig præcise data fra NASAs TESS-mission har gjort det muligt for os at skære igennem støjen. Nu kan vi opdage struktur, mere som at lytte til gode akkorder, der spilles på klaveret, " sagde professor Bedding.

Fundene er et vigtigt bidrag til vores overordnede forståelse af, hvad der foregår inde i de utallige billioner af stjerner på tværs af kosmos.

De pågældende mellemstore stjerner - omkring 1,5 til 2,5 gange vores sols masse - er kendt som delta Scuti-stjerner, opkaldt efter en variabel stjerne i stjernebilledet Scutum. Når man studerer pulseringerne af denne klasse af stjerner, astronomer havde tidligere opdaget mange pulseringer, men havde ikke været i stand til at bestemme nogen klare mønstre.

Det australsk ledede hold af astronomer har rapporteret påvisningen af ​​bemærkelsesværdigt regelmæssige højfrekvente pulsationstilstande i 60 delta Scuti-stjerner, spænder fra 60 til 1400 lysår væk.

"Denne definitive identifikation af pulsationstilstande åbner op for en ny måde, hvorpå vi kan bestemme masserne, aldre og indre strukturer af disse stjerner, " sagde professor Bedding.

Daniel Hej, en ph.d. studerende ved University of Sydney og medforfatter på papiret, designet softwaren, der gjorde det muligt for teamet at behandle TESS-dataene.

"Vi skulle behandle alle 92, 000 lyskurver, som måler en stjernes lysstyrke over tid. Herfra måtte vi skære igennem støjen, efterlader os med de klare mønstre af de 60 stjerner identificeret i undersøgelsen, " han sagde.

"Ved at bruge open source Python-biblioteket, Lightkurve, det lykkedes os at behandle alle lyskurvedata på min universitetscomputer på få dage."

Asteroseismologi

Stjernernes indre var engang et mysterium for videnskaben. Men i de sidste par årtier, astronomer har været i stand til at detektere stjerners indre svingninger, afsløre deres struktur. Det gør de ved at studere stjernernes pulseringer ved hjælp af præcise målinger af ændringer i lysoutput.

Over perioder, variationer i dataene afslører indviklede – og ofte regelmæssige – mønstre, giver os mulighed for at stirre ind i hjertet af de massive atomovne, der driver universet.

Denne gren af ​​videnskaben, kendt som asteroseismologi, giver os mulighed for ikke kun at forstå, hvordan fjerne stjerner fungerer, men for at forstå, hvordan vores egen sol producerer solpletter, udbrud og dybe strukturelle bevægelser. Anvendt på solen, det giver meget nøjagtige oplysninger om dens temperatur, kemisk sammensætning og endda produktion af neutrinoer, hvilket kan vise sig at være vigtigt i vores jagt på mørkt stof.

"Asteroseismologi er et kraftfuldt værktøj, hvormed vi kan forstå en bred vifte af stjerner, " Professor Bedding sagde. "Dette er blevet gjort med stor succes for mange klasser af pulsatorer, herunder lavmasse sol-lignende stjerner, røde kæmper, højmassestjerner og hvide dværge.

"Delta Scuti-stjernerne havde forvirret os indtil nu."

Isabel Colman, en medforfatter og ph.d. studerende ved University of Sydney, sagde:"Jeg synes, det er utroligt, at vi kan bruge teknikker som denne til at se på stjernernes indre.

"Nogle af stjernerne i vores prøveværtsplaneter, inklusive beta Pictoris, kun 60 lysår fra Jorden og som er synlig med det blotte øje fra Australien. Jo mere vi ved om stjerner, jo mere lærer vi om deres potentielle virkninger på deres planeter."

Dårlig 'social distancering'

Identifikationen af ​​regelmæssige mønstre i disse mellemmassestjerner vil udvide asteroseismologiens rækkevidde til nye grænser, sagde professor Bedding. For eksempel, det vil give os mulighed for at bestemme alderen på unge flyttegrupper, klynger og stjernestrømme.

"Vores resultater viser, at denne klasse af stjerner er meget ung, og nogle har en tendens til at hænge rundt i løse associationer. De har endnu ikke fået ideen om 'social distancering'-regler, " sagde professor Bedding.

Dr. George Ricker fra MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research er hovedforsker for NASA's Transiting Exoplanet Sky Survey, hvorfra undersøgelsen tog sine data.

Han sagde:"Vi er begejstrede for, at TESS-data bliver brugt af astronomer over hele verden til at uddybe vores viden om stjerneprocesser. Resultaterne i dette spændende nye papir ledet af Tim Bedding har åbnet helt nye horisonter for bedre at forstå en hel klasse af stjerner."