Forskere måler den indre struktur af fjerne sole ud fra deres pulseringer

Ved første øjekast, det ser ud til at være umuligt at se ind i en stjerne. Et internationalt hold af astronomer, under ledelse af Earl Bellinger og Saskia Hekker fra Max Planck Institute for Solar System Research i Göttingen, har, for første gang, bestemte den dybe indre struktur af to stjerner baseret på deres svingninger.

Vores sol, og de fleste andre stjerner, opleve pulseringer, der breder sig gennem stjernens indre som lydbølger. Frekvenserne af disse bølger er indprentet i stjernens lys, og kan senere ses af astronomer her på Jorden. Svarende til hvordan seismologer dechifrerer vores planets indre struktur ved at analysere jordskælv, astronomer bestemmer stjernernes egenskaber ud fra deres pulseringer - et felt kaldet asteroseismologi. Nu, for første gang, en detaljeret analyse af disse pulsationer har gjort det muligt for Earl Bellinger, Saskia Hekker og deres kolleger for at måle den indre struktur af to fjerne stjerner.

De to stjerner, de analyserede, er en del af 16 Cygni-systemet (kendt som 16 Cyg A og 16 Cyg B), og begge minder meget om vores egen sol. "På grund af deres lille afstand på kun 70 lysår, disse stjerner er relativt lyse og derfor ideel til vores analyse, " siger hovedforfatter Earl Bellinger. "Tidligere, det var kun muligt at lave modeller af stjernernes interiør. Nu kan vi måle dem."

For at lave en model af en stjernes interiør, astrofysikere varierer stjerneudviklingsmodeller, indtil en af ​​dem passer til det observerede frekvensspektrum. Imidlertid, de teoretiske modellers pulseringer adskiller sig ofte fra stjernernes, højst sandsynligt på grund af, at nogle stjernernes fysik stadig er ukendt.

Bellinger og Hekker besluttede derfor at bruge den omvendte metode. Her, de udledte de lokale egenskaber af stjernens indre fra de observerede frekvenser. Denne metode afhænger mindre af teoretiske antagelser, men det kræver fremragende måledatakvalitet og er matematisk udfordrende.

Ved at bruge den omvendte metode, forskerne så mere end 500, 000 km dybt ind i stjernerne - og fandt ud af, at lydens hastighed i de centrale områder er større end forudsagt af modellerne. "I tilfælde af 16 Cyg B, disse forskelle kan forklares ved at korrigere, hvad vi troede var stjernens masse og størrelse, " siger Bellinger. I tilfælde af 16 Cyg A, imidlertid, årsagen til uoverensstemmelserne kunne ikke identificeres.

Det er muligt, at endnu ukendte fysiske fænomener ikke tages tilstrækkeligt i betragtning af de nuværende evolutionære modeller. "Elementer, der blev skabt i de tidlige faser af stjernens udvikling, kan være blevet transporteret fra stjernens kerne til dens ydre lag, " forklarer Bellinger. "Dette ville ændre den interne lagdeling af stjernen, som så påvirker, hvordan den svinger."

Denne første strukturelle analyse af de to stjerner vil blive efterfulgt af mere. "Ti til 20 yderligere stjerner, der er egnede til en sådan analyse, kan findes i dataene fra Kepler-rumteleskopet, " siger Saskia Hekker, der leder forskningsgruppen Stellar Ages and Galactic Evolution (SAGE) ved Max Planck Instituttet i Göttingen. I fremtiden, NASAs TESS-mission (Transiting Exoplanet Survey Satellite) og PLATO-rumteleskopet (Planetary Transits and Oscillation of Stars) planlagt af European Space Agency (ESA) vil indsamle endnu flere data til dette forskningsfelt.

Den omvendte metode giver ny indsigt, der vil hjælpe med at forbedre vores forståelse af den fysik, der sker i stjerner. Dette vil føre til bedre stjernemodeller, hvilket så vil forbedre vores evne til at forudsige den fremtidige udvikling af solen og andre stjerner i vores galakse.