Космический телескоп «Кеплер», предназначенный для поиска похожих на Землю планет за пределами Солнечной системы, помог ученым с высокой точностью измерить параметры колебаний поверхности более тысячи звезд, что позволило получить новые данные о внутренней структуре, химическом составе и эволюции светил и узнать больше о будущем Солнца.
Результаты исследования будут опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
Зонд «Кеплер» ищет планеты с помощью так называемого транзитного метода: телескоп фиксирует слабейшие колебания яркости звезд, которые могут быть вызваны прохождением планеты перед диском светила. Сверхвысокая чувствительность аппарата позволила команде «звездных сейсмологов» под руководством датского астронома Йоргена Кристенсена-Далсгаарда (Jorgen Christensen-Dalsgaard) из университета Орхуса получить новые данные и о самих звездах.
«Мы, в сущности, получаем жизненные параметры звезд, измеряя их размер, структуру и возраст с помощью методов, которые также полезны для звезд с планетными системами», — сказал на пресс-конференции во вторник Кристенсен-Далсгаард.
Все звезды испытывают колебания, осцилляции, изучением которых занимается специальный раздел астрофизики — астросейсмология. Эти колебания, в частности, могут быть связаны с конвекцией, когда нижние слои газа, нагревшись, «всплывают», а затем, остывают и погружаются опять. Колебания порождаются флуктуациями давления, вспышками. Так же, как в случае с «земной» сейсмологией, изучение частоты колебаний, их амплитуды, скорости прохождения, позволяет судить о внутренней структуре объекта.
Ученые отмечают, что частота колебаний зависит прежде всего от размера объекта — большая звезда будет колебаться с меньшей частотой, чем маленькая — как контрабас будет звучать ниже, чем виолончель. Принимая это во внимание, можно узнать размер звезды.
Кроме того, на «голос» звезды влияет ее возраст. У постаревшего светила в центре выгорает водород, и термоядерная реакция начинает идти в оболочке, окружающей выгоревшее ядро. В результате меняется «маршрут» колебаний и звезда начинает «звучать» иначе. На пресс-конференции была представлена запись звучания звезд, полученная путем транспонирования звездных колебаний в доступный человеку звуковой диапазон.
«Концерт» красных гигантов
С помощью «Кеплера» ученые смогли с высокой точностью измерить колебания более тысячи красных гигантов — «старших братьев» Солнца. Эти звезды находятся на поздних стадиях эволюции, когда в результате почти полного выгорания водорода их оболочка раздувается и радиус увеличивается в сотни раз.
Ученые, измеряя колебания красных гигантов, смогли с высокой точностью изучить их «внутренности» и проследить таким образом возможные пути эволюции Солнца, которому примерно через 5-6 миллиардов лет предстоит самому превратиться в красного гиганта.
«Данные «Кеплера» позволили нам с беспрецедентной точностью изучить, как эти звезды работают, и лучше понять будущее нашего Солнца и галактики в целом», — говорит один из авторов исследования Дэниэл Хубер (Daniel Huber), аспирант университета Сиднея.
Свет маяков
Астросейсмологическая группа Кристенсена также провела исследования одного из типов переменных звезд, известных как тип RR Лиры. Они с высокой точностью выдерживают период изменения яркости (от суток до часов), а поскольку отношение их абсолютной звездной величины и переменности известно, астрономы их используют в качестве стандартных свечей, «маяков» для измерения расстояний во Вселенной.
«Кеплер» исследовал около 40 переменных звезд этого типа. Некоторые из них отличались загадочными долговременными модуляциями, изменениями периода колебаний, которые были замечены около 100 лет назад, но до сих не поддавались теоретическому объяснению.
Телескоп позволил ученым получить беспрецедентно подробные данные о колебаниях яркости, которые показали, что изменения амплитуды пульсации происходит по определенному закону, подчиняясь периоду колебаний, который примерно вдвое длиннее основного.
Самая изученная звезда
Ученые провели особо тщательные исследования одной из звезд в поле зрения Кеплера — KIC 11026764, которая в результате стала одной из самых хорошо изученных звезд во Вселенной. В частности, были с высокой точностью определены ее радиус и возраст.
Измерения показали, что эта звезда эволюционировала несколько дальше, чем Солнце — термоядерная реакция с водородом в ней идет вокруг богатого гелием ядра, однако еще не дошла до стадии красного гиганта. Ее возраст, согласно подсчетам, составил 5,94 миллиарда лет (более чем на миллиард старше Солнца), а радиус составляет 2,05 солнечного.
Исследования звезды KIC 11026764 очень важны для способности Кеплера «ловить» планеты, поскольку точность определения характеристик планет во многом зависит от точности определения параметров звезды.