Астрофизики имитируют звуки звезд для изучения космоса
Возможно, звук не сможет пройти сквозь космический вакуум.
Но это не мешает звездам выпустить симфонию дозвуковых нот, поскольку их ядерные печи приводят в действие сложные вибрации. Телескопы могут определять эти колебания как колебания яркости или температуры на поверхности звезды.
Поймите эти вибрации, и мы сможем узнать больше о внутренней структуре звезды, которая иначе скрыта от глаз.
«Виолончель звучит как виолончель из-за ее размера и формы», — говорит Жаклин Гольдштейн, аспирант астрономического факультета Университета Висконсин-Мэдисон. «Вибрации звезд также зависят от их размера и структуры».
В своей работе Гольдштейн изучает связь между звездной структурой и вибрациями, разрабатывая программное обеспечение, которое имитирует различные звезды и их частоты. Когда она сравнивает свои симуляции с реальными звездами, Гольдштейн может усовершенствовать свою модель и улучшить то, как астрофизики любят ее сверстников под поверхностью звезд, изучая их тонкие звуки.
С частотами, повторяющимися порядка минут или дней, вам придется ускорять звездные вибрации в тысячу или миллион раз, чтобы привести их в диапазон человеческого слуха. Эти реверберации наиболее точно можно назвать звездными землетрясениями в честь их сейсмических кузенов на Земле. Область исследования называется астросейсмология.
Когда звезды сливают водород в более тяжелые элементы в своих ядрах, горячий плазменный газ вибрирует и заставляет звезды мерцать. Эти колебания могут рассказать исследователям о структуре звезды и о том, как она будет меняться с возрастом звезды. Гольдштейн изучает звезды, которые больше нашего Солнца.
«Это те, которые взрываются и создают черные дыры и нейтронные звезды и все тяжелые элементы во вселенной, которые образуют планеты и, по сути, новую жизнь», — говорит Гольдштейн. «Мы хотим понять, как они работают и как они влияют на развитие вселенной. Так что это действительно большие вопросы».
Работая с профессорами астрономии Ричем Таунсендом и Эллен Цвайбель, Гольдштейн разработал программу под названием GYRE, которая включается в программу моделирования звезд MESA. Используя это программное обеспечение, Гольдштейн создает модели звезд различного типа, чтобы увидеть, как их вибрации могут выглядеть для астрономов. Затем она проверяет, насколько близко симуляция и реальность совпадают.
«Так как я сделал свои звезды, я знаю, что я вложил в них. Поэтому, когда я сравниваю свои предсказанные образцы вибрации с наблюдаемыми рисунками вибрации , если они одинаковы, то замечательно, что внутренняя часть моих звезд подобна внутренностям этих настоящие звезды. Если они разные, что обычно имеет место, это дает нам информацию, которая нам необходима для улучшения наших симуляций и повторного тестирования », — говорит Гольдштейн.
И GYRE, и MESA являются программами с открытым исходным кодом, что означает, что ученые могут свободно получать доступ и изменять код. Ежегодно около 40-50 человек посещают летнюю школу MESA в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, чтобы узнать, как использовать программу и усовершенствовать метод мозгового штурма. Голдштейн и ее группа извлекают выгоду из всех этих пользователей, предлагающих изменения и исправления ошибок как в MESA, так и в их собственной программе.
Они также получают поддержку от другой группы ученых — охотников за планетами. Две вещи могут вызвать колебания яркости звезды: внутренние колебания или планета, проходящая перед звездой. По мере того, как поиск экзопланет — планет, которые вращаются вокруг звезд, отличных от нашей, — ускорился, Гольдштейн получил доступ к ряду новых данных о звездных колебаниях, которые были обнаружены в тех же самых исследованиях далеких звезд.
Последним охотником за экзопланетой является телескоп по имени TESS, который в прошлом году вышел на орбиту, чтобы обследовать 200 000 самых ярких и ближайших звезд.
«То, что делает TESS, смотрит на все небо», — говорит Гольдштейн. «Таким образом, мы сможем сказать для всех звезд, которые мы можем видеть в нашем районе, пульсируют они или нет. Если это так, мы сможем изучить их пульсации, чтобы узнать о том, что происходит под поверхностью». «.
Гольдштейн сейчас разрабатывает новую версию GYRE, чтобы воспользоваться данными TESS. С его помощью она начнет симулировать этот звездный оркестр сотнями тысяч.
С помощью этих симуляций мы могли бы немного больше узнать о наших космических соседях, просто послушав.
