Hoe kun je in hemelsnaam in een ster kijken? Je zou de scalpels en andere instrumenten van de chirurgische handel kunnen uitbreken, maar veel geluk om binnen een paar miljoen kilometer van het oppervlak te komen voordat je huid eraf smelt. De sterren van ons universum verbergen hun geheimen heel goed, maar astronomen kunnen hun slimheid overtreffen en hebben manieren gevonden om in hun hart te kijken met behulp van, Van alle dingen, geluidsgolven.

Sterrenbevingen

"Geluidsgolven in de ruimte" is een nogal verwarrende uitdrukking, maar maak je geen zorgen, deze geluidsgolven blijven strikt binnen hun stellaire sferen. Elke ster is een dynamische, vibrerende maalstroom van intense hectische activiteit. Aan de binnenkant heb je de waanzin van de nucleaire kern, het smeden van nieuwe elementen met de seconde bij temperaturen van miljoenen graden. Aan de buitenkant heb je het vacuüm van de ruimte zelf, kouder dan koud bij een temperatuur nauwelijks boven het absolute nulpunt.

De taak van het lichaam van een ster is om al die warmte van binnen naar buiten te krijgen, waar het wanhopig naar toe wil. Terwijl sterren hun hele leven in een staat van evenwicht bestaan ​​(ze exploderen op dit moment niet in een supernova of vallen in een zwart gat), elke lichte verstoring kan aanhouden als kleine stoten en wiebelen door het grootste deel van de ster - en op het oppervlak.

"Hobbels en wiebelen door de massa" worden ook wel geluidsgolven genoemd.

Er zijn een paar verschillende manieren waarop sterren kunnen gaan schreeuwen. Als een stukje of een hele laag sterrenstof toevallig een beetje dichter is dan gemiddeld, het kan straling eronder vangen, voorkomen dat het ontsnapt. Dit verwarmt de laag abnormaal, waardoor het stijgt en uitbreidt, de ingesloten warmte vrijmaken en de laag laten afkoelen en weer tot rust komen zoals het begon, het hele proces resetten. Naarmate deze cyclus doorgaat, geluidsgolven komen voort uit de pulsatie, tijdelijk de hele ster omvat.

De convectie in de ster speelt ook een rol, als gigantische klodders stellair materiaal hun weg naar de oppervlakte vinden, raak de kou van de ruimte aan, hun warmte afgeven, en sluip terug naar de vurige diepten. Dit voortdurend roeren, als het kokende oppervlak van een pan water op het fornuis, resoneert door de hele ster.

Zelfs een metgezel in de buurt kan het creëren van geluidsgolven stimuleren, terwijl de zwaartekracht van de ronddraaiende partner aan de ster trekt, reiken met onzichtbare zwaartekrachtslagen en knijpen, meer aardbevingen aansteken.

Simulatie ontmoet realiteit van geluidsgolven

Sterren bevatten allerlei soorten trillingen in zich. Sommige duren maar een korte tijd, sommigen blijven lang. Sommige blijven gewoon aan het oppervlak of er net onder, terwijl anderen op en neer ritsen, afketsen van de dichte kern in het proces. Dit betekent dat de trillingen een zeer nuttige diagnostiek zijn naar de omstandigheden van de ster. Hoe oud is het? Welk percentage zwaardere elementen zwemt erin rond? Hoe zijn de verschillende interne lagen met elkaar verbonden (of niet)?

De specifieke mix van ingrediënten die in een bepaalde ster terechtkomen, verandert op subtiele wijze het soort trillingen dat op het oppervlak leeft. Het is als stellaire frenologie, maar eigenlijk wetenschap:het bestuderen van de hobbels en kronkels op het oppervlak van een ster onthult zijn karakter.

Dit is waar computers op grote schaal in beeld komen, en waarom asteroseismologie een relatief nieuw vakgebied is. We hebben geen catalogus op catalogus van ontleed, weergegeven sterren om te vergelijken met levende exemplaren. In plaats daarvan hebben we computers - veel van hen. Model na model, we bakken alle mogelijke soorten sterren in onze siliconenovens, die het bereik van elk soort invoerparameter bestrijkt.

En we stemmen ook de fysica af, knutselen en spelen met verschillende theorieën over hoe sterren aan de binnenkant werken. Hoe goed zijn de kernen verbonden met de atmosferen? Hoe belangrijk zijn magnetische velden? Wat is de relatie tussen rotatie en warmteoverdracht? Belangrijke vragen met niet veel antwoorden.

Opstand van de machines

Deze uitgebreide simulaties van voorgewende sterren geven ons de nodige "backcatalogus" om te vergelijken met waarnemingen. Maar de waarnemingen zijn niet gemakkelijk. We kunnen het oppervlak van de meeste sterren niet observeren - we kunnen alleen in de verte kijken terwijl het licht van de sterren dimt en helderder wordt.

Een deel van die variatie is te wijten aan willekeurige opflakkeringen of andere temperamentvolle activiteit. Een deel van die variatie is te wijten aan een in een baan om de aarde draaiende planeet die de zichtlijn kruist. En een deel van die variatie is te wijten aan geluidsgolven die door de ster breken en opborrelen op het oppervlak, steeds maar een beetje de helderheid in de glans van de ster veranderen.

Het is hier waar theorie de realiteit ontmoet, maar de waarnemingen zijn extreem kort (we kunnen de sterren niet lang observeren), en onvolledig (we kunnen niet alle trillingen aan de oppervlakte zien). Om het allemaal beter te begrijpen, astronomen hebben onlangs een volledige machine learning-pijplijn ontwikkeld om gegevens met modellen te vergelijken.

In deze pijplijn de wetenschappers trainden een neuraal netwerk op de simulaties, waardoor het alle subtiele relaties tussen modelinvoerparameters (massa van de ster, metaalachtig, enz.) en trillingspatronen op het oppervlak. Vervolgens, met behulp van die geavanceerde kennis, het algoritme kan naar echte sterren kijken met echte, rommelige gegevens en vind de beste match in de modellen. Deze techniek staat nog in de kinderschoenen als het gaat om asteroseismologie, maar opent een veelbelovende toekomst voor mijnbouw door middel van stellaire monsters, begrijpen hoe sterren aan de binnenkant werken.