Astrofysikere simulerer stjerners lyde for at afsløre deres hemmeligheder

Lyd kan muligvis ikke bevæge sig gennem rummets vakuum.

Men det forhindrer ikke stjerner i at udløse en symfoni af subsoniske toner, mens deres atomovne driver komplekse vibrationer. Teleskoper kan se disse vibrationer som udsving i lysstyrken eller temperaturen på overfladen af ​​en stjerne.

Forstå disse vibrationer, og vi kan lære mere om den indre struktur af stjernen, der ellers er skjult.

"En cello lyder som en cello på grund af dens størrelse og form, " siger Jacqueline Goldstein, en kandidatstuderende ved University of Wisconsin–Madison astronomiafdeling. "Stjerners vibrationer afhænger også af deres størrelse og struktur."

I hendes arbejde, Goldstein studerer sammenhængen mellem stjernernes struktur og vibrationer ved at udvikle software, der simulerer forskellige stjerner og deres frekvenser. Mens hun sammenligner sine simuleringer med rigtige stjerner, Goldstein kan forfine sin model og forbedre, hvordan astrofysikere kan lide hendes peer under overfladen af ​​stjerner ved at undersøge deres subtile lyde.

Med frekvenser, der gentages i størrelsesordenen minutter til dage, du ville være nødt til at fremskynde stjernevibrationer med tusind eller en million gange for at bringe dem inden for rækkevidden af ​​menneskelig hørelse. Disse genklang kan mest præcist kaldes stjerneskælv efter deres seismiske fætre på Jorden. Studieretningen hedder astroseismologi.

Når stjerner smelter brint sammen til tungere grundstoffer i deres kerne, varm plasmagas vibrerer og får stjerner til at flimre. Disse udsving kan fortælle forskerne om en stjernes struktur, og hvordan den vil ændre sig, efterhånden som stjernen ældes. Goldstein studerer stjerner, der er større end vores egen sol.

"Det er dem, der eksploderer og laver sorte huller og neutronstjerner og alle de tunge grundstoffer i universet, der danner planeter og, i det væsentlige, nyt liv, " siger Goldstein. "Vi ønsker at forstå, hvordan de fungerer, og hvordan de påvirker universets udvikling. Så disse virkelig store spørgsmål."

Arbejder med astronomiprofessorerne Rich Townsend og Ellen Zweibel, Goldstein udviklede et program kaldet GYRE, der tilsluttes det stjernesimulerende program MESA. Ved at bruge denne software, Goldstein konstruerer modeller af forskellige slags stjerner for at se, hvordan deres vibrationer kan se ud for astronomer. Derefter tjekker hun, hvor tæt simulering og virkelighed matcher.

"Siden jeg lavede mine stjerner, Jeg ved, hvad jeg putter i dem. Så når jeg sammenligner mine forudsagte vibrationsmønstre med observerede vibrationsmønstre, hvis de er ens, så flot, indersiden af ​​mine stjerner er som indersiden af ​​de rigtige stjerner. Hvis de er forskellige, hvilket normalt er tilfældet, som giver os information, som vi har brug for for at forbedre vores simuleringer og teste igen, " siger Goldstein.

Både GYRE og MESA er open source-programmer, hvilket betyder, at forskere frit kan få adgang til og ændre koden. Hvert år, omkring 40 til 50 mennesker deltager i en MESA sommerskole på University of California, Santa Barbara for at lære at bruge programmet og brainstorme forbedringer. Goldstein og hendes gruppe drager fordel af, at alle disse brugere foreslår ændringer til og retter fejl i både MESA og deres eget program.

De får også et boost fra en anden gruppe videnskabsmænd - planetjægere. To ting kan få en stjernes lysstyrke til at svinge:indre vibrationer eller en planet, der passerer foran stjernen. Efterhånden som søgningen efter exoplaneter - planeter, der kredser om andre stjerner end vores egen - er steget, Goldstein har fået adgang til en masse nye data om stjerneudsving, som er fanget i de samme undersøgelser af fjerne stjerner.

Den seneste exoplanetjæger er et teleskop ved navn TESS, som blev lanceret i kredsløb sidste år for at undersøge 200, 000 af de lyseste, nærmeste stjerner.

"Det TESS laver er at se på hele himlen, " siger Goldstein. "Så vi vil være i stand til at sige for alle de stjerner, vi kan se i vores nabolag, om de pulserer eller ej. Hvis de er, vi vil være i stand til at studere deres pulseringer for at lære om, hvad der sker under overfladen."

Goldstein er nu ved at udvikle en ny version af GYRE for at drage fordel af TESS-dataene. Med det, hun vil begynde at simulere dette stjerneorkester, der er hundredtusindvis stærkt.

Med disse simuleringer, vi kan måske lære lidt mere om vores kosmiske naboer, bare ved at lytte med.