Zvezdani zemljotresi bi mogli da riješe misterije zvjezdanog magnetizma

Foto: The Wired

Naša planeta je osuđena na propast. Za nekoliko milijardi godina, Sunce će iscrpiti svoje vodonično gorivo i nabubriti u crvenog džina — zvijezdu toliko veliku da će spržiti, pocrniti i progutati unutrašnje planete. Dok su crveni giganti loša vijest za planete, dobra vijest za astrofizičare.

Njihova srca drže ključeve za razumijevanje niza zvjezdanih tijela, od novonastalih protozvjezda do zombi belih patuljaka, jer duboko u njima leži nevidljiva sila koja može da oblikuje sudbinu zvijezde: magnetno polje.

Magnetna polja u blizini površina zvijezda su često dobro okarakterisana, ali je uglavnom nepoznato šta se dešava u njihovim jezgrima. To se mijenja, jer su crveni divovi jedinstveno pogodni za proučavanje magnetizma duboko unutar zvijezde. Naučnici to rade koristeći zvezdotrese – suptilne oscilacije na površini zvijezde – kao portal za unutrašnjost zvijezda. „Crveni divovi imaju ove oscilacije koje vam omogućavaju da vrlo osetljivo ispitate jezgro“, rekao je Tim Bedding, asteroseizmolog sa Univerziteta u Sidneju koji proučava zvijezde crvenih džinova.

Prošle godine, tim sa Univerziteta u Tuluzu je dekodirao te oscilacije i izmjerio magnetna polja unutar tria crvenih giganata. Ranije ove godine, isti tim je otkrio magnetna polja unutar još 11 crvenih giganata. Zajedno, zapažanja su pokazala da su srca divova misterioznija nego što se očekivalo.

Blizu srca zvijezde, magnetna polja igraju ključnu ulogu u hemijskom mešanju u unutrašnjosti zvijezde, što zauzvrat utiče na to kako zvijezda evoluira. Rafiniranjem zvjezdanih modela i uključivanjem unutrašnjeg magnetizma, naučnici će moći preciznije da izračunaju starost zvijezda.

Takva mjerenja mogu pomoći u određivanju starosti potencijalno nastanjivih dalekih planeta i odrediti vremenske linije formiranja galaksija. „Ne uključujemo magnetizam u modeliranje zvezda“, rekla je Lisa Bugnet, astrofizičarka sa Instituta za nauku i tehnologiju Austrije koja je razvila metode za proučavanje magnetnih polja unutar crvenih divova. “To je ludo, ali jednostavno nije tu jer nemamo pojma kako izgleda [ili] koliko je jako.”

Zagledaj se u sunce

Jedini način da se ispita srce zvijezde je asteroseizmologija, proučavanje zvjezdanih oscilacija. Na isti način na koji se seizmički talasi koji talasaju kroz unutrašnjost Zemlje mogu da se koriste za mapiranje podzemnog pejzaža planete, zvjezdane oscilacije otvaraju prozor u unutrašnjost zvijezde. Zvijezde osciliraju dok se njihova plazma vrti, proizvodeći talase koji nose informacije o unutrašnjem sastavu i rotaciji zvezde. Bugnet upoređuje proces sa zvonjavom — oblik i veličina zvona proizvodi specifičan zvuk koji otkriva svojstva samog zvona.

Za proučavanje divova koji se potresaju, naučnici koriste podatke NASA-inog teleskopa Kepler za lov na planete, koji je godinama pratio sjaj preko 180.000 zvijezda. Njegova osetljivost je omogućila astrofizičarima da otkriju male promjene u svetlosti zvezda povezane sa zvezdanim oscilacijama, koje utiču i na radijus i na sjaj zvezde. Ali dekodiranje zvezdanih oscilacija je nezgodno. Dolaze u dve osnovne vrste: modovi akustičnog pritiska (p-modovi), koji su zvučni talasi koji se kreću kroz spoljašnje delove zvijezde, i režimi gravitacije (g-modovi), koji su niže frekvencije i uglavnom su ograničeni na jezgro .

Za zvijezde poput našeg Sunca, p-modovi dominiraju njihovim vidljivim oscilacijama; njihovi g-modovi, na koje utiču unutrašnja magnetna polja, suviše su slabi da bi ih otkrili i ne mogu da dođu do površine zvijezde. Godine 2011, astrofizičar iz KU Leuven Paul Beck i njegove kolege su koristili Keplerove podatke da pokažu da kod crvenih giganta p-modovi i g-režimi međusobno deluju i proizvode ono što je poznato kao mešoviti režim. Mešoviti modovi su alat koji ispituje srce zvijezde – oni omogućavaju astronomima da vide oscilacije g-moda – i mogu se otkriti samo u zvezdama crvenih džinova.

Proučavanje mešovitih modova otkrilo je da se jezgra crvenih džinova rotiraju mnogo sporije od gasnog omotača zvijezde, suprotno onome što su astrofizičari predvideli.

To je bilo iznenađenje – i mogući pokazatelj da je u tim modelima nedostajalo nešto ključno: magnetizam.

Stellar Simmetri

Prošle godine, Gang Li, asteroseizmolog koji je sada u KU Leuvenu, kopao je po Keplerovim divovima. Tražio je mešoviti signal koji je zabeležio magnetno polje u jezgru crvenog džina. „Zapanjujuće, pronašao sam nekoliko primera ovog fenomena“, rekao je on. Tipično, oscilacije mešovitog režima u crvenim divovima se javljaju gotovo ritmično, proizvodeći simetričan signal. Bugnet i drugi su predvideli da će magnetna polja prekinuti tu simetriju, ali niko nije mogao da napravi to lukavo zapažanje – sve do Lijevog tima. Li i njegove kolege su pronašli džinovski trio koji je pokazao predviđene asimetrije, i izračunali su da je magnetno polje svake zvijezde do „2.000 puta veće od jačine tipičnog magneta za frižider“ – snažno, ali u skladu sa predviđanjima.

Međutim, jedan od tri crvena giganta ih je iznenadio: njegov mješoviti signal je bio unazad. „Bili smo pomalo zbunjeni“, rekao je Sebastijen Dehevels, autor studije i astrofizičar u Tuluzu. Deheuvels smatra da ovaj rezultat sugeriše da je magnetno polje zvijezde nagnuto na stranu, što znači da bi tehnika mogla da odredi orijentaciju magnetnih polja, što je ključno za ažuriranje modela evolucije zvezda.

Druga studija, koju je vodio Deheuvels, koristila je asteroseizmologiju mješovitog režima za otkrivanje magnetnih polja u jezgri 11 crvenih giganata. Ovde je tim istražio kako su ta polja uticala na svojstva g-moda – što, primjetio je Deheuvels, može pružiti način da se pomjeri izvan crvenih divova i otkrije magnetna polja u zvijezdama koje ne pokazuju te rijetke asimetrije. Ali prvo “želimo da pronađemo broj crvenih divova koji pokazuju ovo ponašanje i uporedimo ih sa različitim scenarijima za formiranje ovih magnetnih polja”, rekao je Deheuvels.

Ne samo broj

Korišćenje zvezdotresa za istraživanje unutrašnjosti zvijezda pokrenulo je „renesansu“ u evoluciji zvijezda, rekla je Conni Aerts, astrofizičarka iz KU Leuven. Renesansa ima dalekosežne implikacije na naše razumevanje zvezda i našeg mesta u kosmosu. Do sada znamo tačnu starost samo jedne zvijezde — našeg Sunca — koju su naučnici utvrdili na osnovu hemijskog sastava meteorita koji su nastali tokom rođenja Sunčevog sistema. Za svaku drugu zvijezdu u univerzumu imamo samo procenjenu starost na osnovu rotacije i mase. Dodajte unutrašnji magnetizam i imate način da preciznije procenite starost zvijezda.

A starost nije samo broj, već alat koji može pomoći u odgovoru na neka od najdubljih pitanja o kosmosu. Krenite u potragu za vanzemaljskim životom. Od 1992. godine naučnici su uočili više od 5.400 egzoplaneta. Sledeći korak je okarakterisati te svjetove i utvrditi da li su pogodni za život. To uključuje poznavanje starosti planete. „A jedini način na koji možete da saznate njegovu starost je da znate starost zvezde domaćina“, rekao je Deheuvels. Još jedno polje koje zahteva preciznu starost zvijezda je galaktička arheologija, studija o tome kako se galaksije sklapaju. Mlečni put je, na primer, progutao manje galaksije tokom svoje evolucije; astrofizičari to znaju jer hemijska izobilja u zvijezdama prate njihovo poreklo.

Ali oni nemaju dobar vremenski okvir kada se to dogodilo – pretpostavljena zvjezdana doba nije dovoljno tačna. „Realnost je da smo ponekad faktor [od] 10 pogrešnih u zvjezdanom dobu“, rekao je Aerts.

Proučavanje magnetnih polja u zvjezdanim srcima je još uvek u povoju; postoji mnogo nepoznanica kada je u pitanju razumevanje kako zvjezde evoluiraju. A za Aertsa, u tome je lepota.

„Priroda je maštovitija od nas“, rekla je ona.

PROČITAJTE JOS: Astronomi otkrivaju nove najudaljenije zvijezde od galaksije Mliječni put