’n Simulasie van ’n 3-sonmassa-ster toon die sentrale, konvektiewe kern en die golwe wat dit genereer in die res van die ster se binnekant. Krediet: Philipp Edelmann
Sterrekundiges verwys gewoonlik na massiewe sterre as die chemiese fabrieke van die Heelal. Hulle eindig gewoonlik hul lewens in skouspelagtige supernovas, gebeurtenisse wat baie van die elemente op die periodieke tabel smee. Hoe elementêre kerne in hierdie enorme sterre meng, het 'n groot impak op ons begrip van hul evolusie voor hul ontploffing. Dit verteenwoordig ook die grootste onsekerheid vir wetenskaplikes wat hul struktuur en evolusie bestudeer.
’n Span sterrekundiges onder leiding van May Gade Pedersen, ’n nadoktorale navorser by UC Santa Barbara se Kavli-instituut vir Teoretiese Fisika, het nou die interne vermenging binne ’n ensemble van hierdie sterre gemeet deur waarnemings van golwe vanuit hul diep binneste te gebruik. Terwyl wetenskaplikes hierdie tegniek al voorheen gebruik het, is hierdie vraestel die eerste keer dat dit vir so 'n groot groep sterre gelyktydig bereik is. Die resultate, gepubliseer in Natuur Sterrekunde, wys dat die interne vermenging baie uiteenlopend is, met geen duidelike afhanklikheid van 'n ster se massa of ouderdom nie.
Sterre spandeer die grootste deel van hul lewens om waterstof diep in hul kern in helium te smelt. Die samesmelting in besonder massiewe sterre is egter so gekonsentreer in die middel dat dit lei tot 'n onstuimige konvektiewe kern soortgelyk aan 'n pot kookwater. Konveksie, saam met ander prosesse soos rotasie, verwyder effektief heliumas uit die kern en vervang dit met waterstof uit die omhulsel. Dit stel die sterre in staat om baie langer te lewe as wat andersins voorspel is.
Sterrekundiges glo hierdie vermenging spruit uit verskeie fisiese verskynsels, soos interne rotasie en interne seismiese golwe in die plasma opgewonde deur die konveksiekern. Die teorie het egter grootliks onbeperk gebly deur waarnemings aangesien dit so diep binne die ster voorkom. Dit gesê, daar is 'n indirekte metode om na sterre te kyk: asteroseismologie, die studie en interpretasie van ster-ossillasies. Die tegniek het parallelle met hoe seismoloë aardbewings gebruik om die binnekant van die Aarde te ondersoek.
Vermenging vervoer saamgesmelte materiaal weg en vervang dit met meer waterstofbrandstof uit die ster se buitenste lae. Krediet: May Gade Pedersen
"Die studie van ster-ossillasies daag ons begrip van sterstruktuur en evolusie uit," het Pedersen gesê. "Hulle stel ons in staat om die sterre-interieurs direk te ondersoek en vergelykings te tref met die voorspellings van ons stermodelle."
Pedersen en haar medewerkers van KU Leuven, die Universiteit van Hasselt en die Universiteit van Newcastle kon die interne vermenging vir 'n ensemble van sulke sterre met behulp van asteroseismologie aflei. Dit is die eerste keer dat so 'n prestasie behaal is, en dit was slegs moontlik danksy 'n nuwe monster van 26 stadig pulserende B-tipe sterre met geïdentifiseerde sterossillasies vanaf NASAse Kepler-missie.
Stadig pulserende B-tipe sterre is tussen drie en agt keer meer massief as die Son. Hulle brei uit en trek saam op tydskale van die orde van 12 uur tot 5 dae, en kan in helderheid met tot 5% verander. Hul ossillasiemodusse is veral sensitief vir die toestande naby die kern, het Pedersen verduidelik.
"Die interne vermenging binne sterre is nou waarnemingsmatig gemeet en blyk uiteenlopend te wees in ons monster, met sommige sterre wat amper geen vermenging het nie, terwyl ander vlakke 'n miljoen keer hoër toon," het Pedersen gesê. Die diversiteit blyk nie verband te hou met die massa of ouderdom van die ster nie. Inteendeel, dit word hoofsaaklik deur die interne rotasie beïnvloed, hoewel dit nie die enigste faktor is nie.
"Hierdie asteroseismiese resultate stel sterrekundiges uiteindelik in staat om die teorie van interne vermenging van massiewe sterre te verbeter, wat tot dusver ongekalibreer gebly het deur waarnemings wat direk uit hul diep binneste kom," het sy bygevoeg.
Die presisie waarteen sterrekundiges sterossillasies kan meet, hang direk af van hoe lank ’n ster waargeneem word. Die verhoging van die tyd van een nag na een jaar lei tot 'n duisendvoudige toename in die gemete presisie van ossillasiefrekwensies.
"May en haar medewerkers het werklik die waarde van asteroseismiese waarnemings as probe van die diep binnekante van sterre op 'n nuwe en diepgaande manier gewys," het KITP-direkteur Lars Bildsten, die Gluck-professor in teoretiese fisika, gesê. “Ek is opgewonde om te sien wat sy volgende vind.”
Die beste data wat tans hiervoor beskikbaar is, kom van die Kepler-ruimtesending, wat vir vier aaneenlopende jare dieselfde lappie van die lug waargeneem het. Die stadig pulserende B-tipe sterre was die hoogste massa pulserende sterre wat die teleskoop waargeneem het. Alhoewel die meeste hiervan effens te klein is om supernova te word, deel hulle dieselfde interne struktuur as die meer massiewe sterchemiese fabrieke. Pedersen hoop insigte wat verkry word uit die bestudering van die B-tipe sterre sal lig werp op die binnewerking van hul hoër massa, O-tipe eweknieë.
Sy beplan om data van NASA se Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) om groepe ossillerende hoëmassa-sterre in OB-verenigings te bestudeer. Hierdie groepe bestaan uit 10 tot meer as 100 massiewe sterre tussen 3 en 120 sonmassas. Sterre in OB-assosiasies word uit dieselfde molekulêre wolk gebore en deel soortgelyke ouderdomme, het sy verduidelik. Die groot monster sterre, en beperking van hul algemene ouderdomme, bied opwindende nuwe geleenthede om die interne mengeienskappe van hoëmassa-sterre te bestudeer.
Benewens die onthulling van die prosesse wat in sterre se binneland versteek is, kan navorsing oor sterossillasies ook inligting verskaf oor ander eienskappe van die sterre.
"Die ster-ossillasies stel ons nie net in staat om die interne vermenging en rotasie van die sterre te bestudeer nie, maar bepaal ook ander sterre-eienskappe soos massa en ouderdom," het Pedersen verduidelik. "Terwyl dit albei twee van die mees fundamentele sterparameters is, is dit ook van die moeilikste om te meet."
Verwysing: "Interne vermenging van roterende sterre afgelei uit dipool swaartekragmodusse" deur May G. Pedersen, Conny Aerts, Péter I. Pápics, Mathias Michielsen, Sarah Gebruers, Tamara M. Rogers, Geert Molenberghs, Siemen Burssens, Stefano Garcia en Dominic M Bowman, 10 Mei 2021, Natuur Sterrekunde.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01351-x
