Flatiron Enstitüsü ve Northwestern Üniversitesi’ndeki bilim adamları, büyük kütleli yıldızların çekirdeklerindeki konveksiyonun ışıklarında nasıl titremeye neden olabileceğini gösteren bilgisayar simülasyonları geliştirdiler. Nature Astronomy’de yayınlanan bu bulgu, güneşimizden daha büyük yıldızların iç işleyişini anlamanın anahtarı olabilir. Kredi bilgileri: E.H. Anders et al./Nature Astronomy 2023
Flatiron Enstitüsü’ndeki astrofizikçiler ve meslektaşları, devasa yıldızların çekirdeklerindeki konveksiyonun, titreyen yıldız ışığıyla sonuçlanan dalgaları nasıl oluşturduğunu gösteren ilk bilgisayar simülasyonlarını yarattılar. .
Sırlar, yıldızların pırıltısında gizlidir.
Flatiron Enstitüsü ve Northwestern Üniversitesi’ndeki bilim adamlarının liderliğindeki bir araştırma ekibi, türünün ilk örneği olan bilgisayar simülasyonları yarattı ve bunun nasıl yapıldığını gösterdi. Bir yıldızın derinliklerinde derin çalkalama, yıldızın ışığının titremesine neden olabilir. Bu etki, gece gökyüzünde Dünya atmosferinin neden olduğu yıldızların görünür pırıltısından farklıdır.
Gökbilimciler, yıldızların doğuştan gelen pırıltılarını yakından gözlemleyerek bir gün yıldızların içinde neler olup bittiği hakkında daha fazla bilgi edinmek için simülasyonları kullanabilirler. araştırmacılar bugün (27 Temmuz) Nature Astronomy dergisinde bizim güneşimizden daha büyük olduğunu bildiriyor.
Büyük bir yıldızın (merkezde) çekirdeğindeki çalkantılı konveksiyonun 3B simülasyonu ) dışa doğru dalgalanan dalgalar üretebilir ve yıldızın yüzeyinin yakınında rezonans titreşimlere güç verebilir. Bilim adamları, titreşimlerin neden olduğu yıldızın parlaklığında meydana gelen değişiklikleri inceleyerek, bir gün büyük yıldızların kalplerinin derinliklerindeki süreçleri daha iyi anlayabilirler. Kredi bilgileri: E.H. Anders et al./Nature Astronomy 2023
Açıklama Yıldız Evrimi ve Element Yaratımı
Yıldızların iç yapılarının daha iyi anlaşılması, gökbilimcilerin yıldızların nasıl oluştuğunu ve geliştiğini, galaksilerin nasıl bir araya geldiğini ve soluduğumuz oksijen gibi ağır elementlerin nasıl oluştuğunu öğrenmelerine yardımcı olacaktır, diyor çalışmanın baş yazarı Evan Anders, doktora sonrası Northwestern Üniversitesi’nde araştırmacı.
“Yıldızların çekirdeklerindeki hareketler, okyanustakilere benzer dalgalar yayar” diyor Anders. “Dalgalar yıldızın yüzeyine ulaştığında, onu astronomların gözlemleyebileceği bir şekilde parıldatır. İlk kez, bir yıldızın bu dalgalar sonucunda ne kadar parıldaması gerektiğini belirlememizi sağlayan bilgisayar modelleri geliştirdik. Bu çalışma, geleceğin uzay teleskoplarının, yıldızların yaşamak ve nefes almak için ihtiyaç duyduğumuz elementleri oluşturduğu merkezi bölgeleri araştırmasına olanak tanıyor.”
‘Kırmızı Gürültü’nün Yıldız Gizemini Yeniden Ziyaret Etmek
İlgi çekici bir şekilde, yeni simülasyonlar ayrıca yıllarca süren bir yıldız gizemini genişletiyor. Gökbilimciler sürekli olarak sıcak, büyük kütleli yıldızların parlaklığında dalgalanmalara neden olan açıklanamayan bir titreşim veya “kırmızı gürültü” gözlemlemişlerdir. Popüler bir öneri, yıldızların çekirdeklerindeki konveksiyonun bu titremeye neden olduğuydu. Bununla birlikte, yeni simülasyonlar, çekirdek konveksiyonunun neden olduğu parıltının, gözlemlenen kırmızı gürültüyle eşleşmek için çok zayıf olduğunu gösteriyor. Araştırmacılar yeni makalelerinde başka bir şeyin sorumlu olması gerektiğini bildiriyor.
A Deep Squeeze
Bir yıldızın konveksiyonu, çekirdeğindeki nükleer reaktörden güç alır. Bir yıldızın kalbindeki yoğun basınç, helyum atomları artı biraz fazla enerji oluşturmak için hidrojen atomlarını sıkıştırır. Bu enerji, plazma kümelerinin lav lambasındaki yapışkan madde gibi yükselmesine neden olan ısı üretir. Ancak bir lav lambasının aksine, konveksiyon kaynayan bir tencere gibi çalkantılı. Bu hareket, tıpkı Dünya’nın okyanuslarında bulunanlara benzer dalgalar üretir.
Daha sonra bu dalgalar, yıldızın yüzeyine doğru dalgalanarak yıldızın plazmasını sıkıştırır ve gevşeterek yıldızın ışığının parlayıp sönmesine neden olur.Bunun nedeni, yıldızın çekirdeğinde dalga oluşturan bir akış birkaç hafta sürerken, üretilen dalgaların yüzbinlerce yıl oyalanabilmesidir. Bu son derece farklı zaman ölçeklerini (haftalar ve yüz bin yıl) birbirine bağlamak ciddi bir zorluk oluşturuyordu.
https://scitechdaily.com/images/Surface-Waves-Large-Star.ogg
Oluşturulan yüzey dalgalarının sesli temsili Güneşimizin kütlesinin 40 katı olan bir yıldızın içindeki çekirdek konveksiyonu ile. Dalgaların ritmik vuruşu, yıldızın ışığının titremesine neden olur. Kredi bilgileri: E.H. Anders et al./Nature Astronomy 2023
Astrofiziksel Simülasyonlar için Müzikal İlham
Araştırmacılar farklı bir dalga biçiminden ilham aldılar: müziği oluşturan ses dalgaları. Çekirdekteki konveksiyon kaynaklı dalga oluşumunun bir konser salonundaki bir grup müzisyene benzediğini fark ettiler. Enstrümanlarını tıngırdatan müzisyenler, mekanda zıplarken değişen bir ses üretirler. Araştırmacılar, önce konveksiyonla indüklenen dalgaların değişmemiş “şarkısını” hesaplayabileceklerini ve ardından yıldızın akustik özelliklerini taklit eden bir filtre uygulayabileceklerini keşfettiler; bu, profesyonel bir ses mühendisininkine benzer bir işlemdir.
Araştırmacılar test etti Gustav Holst’un orkestral süiti “The Planets”ten “Jüpiter” ve daha uygun bir şekilde “Twinkle, Twinkle, Little Star” da dahil olmak üzere gerçek müzikten ses dalgalarını kullanan yöntemleri. Bu ses dalgalarının farklı boyutlardaki yıldızların içinde nasıl zıplayacağını simüle ederek unutulmaz bir sonuç oluşturdular.
https://scitechdaily.com/images/Gustav-Holst-The-Planets.ogg
Gustav’dan değiştirilmemiş bir klip Holst’un orkestra süiti “Gezegenler”. Bilim adamları, bir yıldızın içinin akustik benzeri özelliklerini yeniden yaratma yöntemini test etmek için ses klibini kullandılar. Kredi bilgileri: E.H. Anders et al./Nature Astronomy 2023
https://scitechdaily.com/images/Jupiter-in-Smaller-Star.ogg
Gustav Holst’un orkestra süiti “Gezegenler”den, kendini kopyalayan bir filtre kullanılarak değiştirilmiş bir klip Güneşimizin kütlesinin üç katı büyük bir yıldızın içinden dalgaların nasıl geçtiğini. Kredi bilgileri: E.H. Anders et al./Nature Astronomy 2023
https://scitechdaily.com/images/Jupiter-in-Medium-Star.ogg
Gustav Holst’un orkestra süiti “Gezegenler”den bir klip, kendini kopyalayan bir filtre kullanılarak değiştirilmiş Güneşimizin kütlesinin 15 katı büyük bir yıldızın içinden dalgaların nasıl geçtiğini. Kredi bilgileri: E.H. Anders et al./Nature Astronomy 2023
https://scitechdaily.com/images/Jupiter-in-Larger-Star.ogg
Gustav Holst’un orkestra süiti “The Planets”ten bir klip, kendini kopyalayan bir filtre kullanılarak değiştirilmiş Güneşimizin kütlesinin 40 katı olan büyük bir yıldızın içinden dalgaların nasıl geçtiğini. Kredi bilgileri: E.H. Anders et al./Nature Astronomy 2023
Titreşen Yıldızları Simüle Etme
Yaklaşımlarının bu şekilde doğrulanmasından sonra, araştırmacılar, kütleleri üç, 15 olan yıldızların konveksiyon kaynaklı dalgalarını ve bunun sonucunda ortaya çıkan yıldız ışığı dalgalanmalarını simüle ettiler. ve güneşimizin 40 katı. Üç boyutun tümü için, çekirdek konveksiyon gerçekten de yüzeyin yakınında titreyen ışık yoğunluğuna neden oldu, ancak gökbilimcilerin gördüğü kırmızı gürültü karakteristiklerinin frekanslarında veya yoğunluklarında değil.
Kırmızı gürültüden hâlâ konveksiyon sorumlu olabilir, Cantiello diyor, ancak muhtemelen yıldızın yüzeyine çok daha yakın olacak ve bu nedenle yıldızın derin iç kesimlerinde neler olup bittiği hakkında daha az bilgi verecektir.
İleriye Bakış
Araştırmacılar şimdi simülasyonlarını, dikkate almak üzere geliştiriyorlar. Güneşimizden daha büyük kütleli yıldızların ortak bir özelliği olan bir yıldızın kendi ekseni etrafında hızla dönmesi gibi ek etkiler. Hızlı dönen yıldızların, mevcut teleskoplar tarafından yakalanacak çekirdek konveksiyon tarafından indüklenen yeterince güçlü bir titremeye sahip olup olmadığını merak ediyorlar. Cantiello, “Bu, yanıt bulmayı umduğumuz ilginç bir soru,” diyor.
Referans: “Büyük kütleli yıldızların, çekirdek konveksiyonunun harekete geçirdiği yerçekimi dalgaları nedeniyle fotometrik değişkenliği” 27 Temmuz 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-02040-7
.