Сонцеподібні осциляції

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Сонцеподібні осциляції — коливання (осциляції) у зорях, що виникають внаслідок того ж механізму, що і сонячні осциляції, а саме внаслідок турбулентної конвекції у зовнішніх шарах зорі. Коливання являють собою стоячі моди тиску і комбінації тиску і гравітації, що виникають в деякому інтервалі частот і мають дзвоноподібний розподіл амплітуд. На відміну від ситуації із створюваним непрозорістю механізмом осциляції, у цій ситуації виникають усі моди в даному інтервалі частот, що сприяє більш легкому виявленню осциляцій. Конвекція на поверхні також призводить до загасання мод, кожна з яких може бути представлена в просторі частот Лоренца кривої, при цьому ширина кривої відповідає часу життя моди коливань: чим швидше загасає мода, тим ширше крива Лоренца. Всі зорі з областями поверхневої конвекції, як вважається, можуть мати сонцеподібні осциляції. Серед таких зір можна згадати холодні зорі головної послідовності (з температурою поверхні до 7000 K), субгіганти та червоні гіганти. Оскільки амплітуди осциляцій малі, їхнє дослідження в основному проводиться при спостереженнях на космічних апаратах[1] (в основному, COROT і Kepler).

Дані про сонцеподібні осциляції використовуються для визначення мас і радіусів зір, що володіють планетами, і також використовуються при уточненні вимірювань мас і радіусів планет[2][3].

У червоних гігантів спостерігаються змішані моди, які є чутливими до властивостей ядра зорі. Дані про такі осциляції використовуються для відділення червоних гігантів, в надрах яких йдуть термоядерні реакції горіння гелію, від червоних гігантів, що знаходяться на стадії горіння водню в шаровому джерелі[4][5], для доказу того, що ядра червоних гігантів обертаються повільніше, ніж передбачають моделі[4], і для отримання обмежень для оцінок внутрішніх магнітних полів у ядрах зір[6].

Ешеле-діаграми

[ред. | ред. код]
Ешелле-діаграма для Сонця, побудована за даними Birmingham Solar Oscillations Network (BiSON)[7][8] . Моди з однаковим кутовим числом утворюють майже вертикальні лінії на високих частотах, як і передбачає асимптотичну поведінку частот мод.

Пік потужності коливань посідає нижчі частоти більших зір. Для Сонця моди з найбільшими амплітудами розташовуються на частоті близько 3 мГц при , змішані моди не спостерігаються. Для більш потужних зір і пізніших стадій еволюції моди мають менший радіальний порядок і в цілому менші частоти. У зір на пізніших стадіях еволюції спостерігаються змішані моди, які, в принципі, можуть існувати і в зорях головної послідовності, але такі моди повинні мати занадто малі частоти і малі амплітуди, тому їх складно спостерігати. Вважається, що моди тиску високого порядку за даного значення повинні бути майже рівномірно розподілені за частотами, характерні проміжки позначаються як [9]. Дані висновки свідчать про доцільність побудови ешеле-діаграми, на якій моди з певним значенням утворюють майже вертикальні смуги.

Масштабні співвідношення

[ред. | ред. код]

Частота осциляції найбільшої потужності, як прийнято вважати[10], змінюється приблизно з граничною акустичною частотою, при перевищенні якої хвилі можуть поширюватися в атмосфері зірки. Таким чином,

Аналогічно, приблизно пропорційно квадрату густини:

При оцінці ефективної температури дані співвідношення дозволяють оцінити масу і радіус зорі на основі коефіцієнтів пропорційності, отриманих з даних про Сонце:

Також, якщо відома світність зорі, то температуру можна замінити на основі співвідношення між світністю абсолютно чорного тіла, його радіусом та температурою , що дає вирази

Приклади яскравих зір із сонцеподібними осциляціями

[ред. | ред. код]

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. Chaplin, W. J.; Miglio, A. Asteroseismology of Solar-Type and Red-Giant Stars // Annual Review of Astronomy and Astrophysics : journal. — 2013. — Vol. 51 (4 July). — P. 353—392. — arXiv:1303.1957. — Bibcode:2013ARA&A..51..353C. — DOI:10.1146/annurev-astro-082812-140938.
  2. Davies, G. R.; Aguirre, V. Silva; Bedding, T. R.; Handberg, R.; Lund, M. N.; Chaplin, W. J.; Huber, D.; White, T. R.; Benomar, O.; Hekker, S.; Basu, S.; Campante, T. L.; Christensen-Dalsgaard, J.; Elsworth, Y.; Karoff, C.; Kjeldsen, H.; Lundkvist, M. S.; Metcalfe, T. S.; Stello, D. Oscillation frequencies for 35 Kepler solar-type planet-hosting stars using Bayesian techniques and machine learning // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press, 2016. — Vol. 456, no. 2 (4 July). — P. 2183—2195. — arXiv:1511.02105. — Bibcode:2016MNRAS.456.2183D. — DOI:10.1093/mnras/stv2593.
  3. Silva Aguirre, V.; Davies. Ages and fundamental properties of Kepler exoplanet host stars from asteroseismology // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press, 2015. — Vol. 452, no. 2 (4 July). — P. 2127—2148. — arXiv:1504.07992. — Bibcode:2015MNRAS.452.2127S. — DOI:10.1093/mnras/stv1388.
  4. а б Beck, Paul G.; Montalban, Josefina; Kallinger, Thomas; De Ridder, Joris; Aerts, Conny; García, Rafael A.; Hekker, Saskia; Dupret, Marc-Antoine; Mosser, Benoit; Eggenberger, Patrick; Stello, Dennis; Elsworth, Yvonne; Frandsen, Søren; Carrier, Fabien; Hillen, Michel; Gruberbauer, Michael; Christensen-Dalsgaard, Jørgen; Miglio, Andrea; Valentini, Marica; Bedding, Timothy R.; Kjeldsen, Hans; Girouard, Forrest R.; Hall, Jennifer R.; Ibrahim, Khadeejah A. Fast core rotation in red-giant stars as revealed by gravity-dominated mixed modes // Nature : journal. — 2012. — Vol. 481, no. 7379 (4 July). — P. 55—7. — arXiv:1112.2825. — Bibcode:2012Natur.481...55B. — DOI:10.1038/nature10612. — PMID 22158105 .
  5. Bedding, Timothy R.[en]; Mosser, Benoit; Huber, Daniel; Montalbán, Josefina; Beck, Paul; Christensen-Dalsgaard, Jørgen; Elsworth, Yvonne P.; García, Rafael A.; Miglio, Andrea; Stello, Dennis; White, Timothy R.; De Ridder, Joris; Hekker, Saskia; Aerts, Conny; Barban, Caroline; Belkacem, Kevin; Broomhall, Anne-Marie; Brown, Timothy M.; Buzasi, Derek L.; Carrier, Fabien; Chaplin, William J.; Di Mauro, Maria Pia; Dupret, Marc-Antoine; Frandsen, Søren; Gilliland, Ronald L.; Goupil, Marie-Jo; Jenkins, Jon M.; Kallinger, Thomas; Kawaler, Steven; Kjeldsen, Hans; Mathur, Savita; Noels, Arlette; Aguirre, Victor Silva; Ventura, Paolo. Gravity modes as a way to distinguish between hydrogen- and helium-burning red giant stars // Nature : journal. — 2011. — Vol. 471, no. 7340 (4 July). — P. 608—611. — arXiv:1103.5805. — Bibcode:2011Natur.471..608B. — DOI:10.1038/nature09935. — PMID 21455175 .
  6. Fuller, J.; Cantiello, M.; Stello, D.; Garcia, R. A.; Bildsten, L. Asteroseismology can reveal strong internal magnetic fields in red giant stars // Science : journal. — 2015. — Vol. 350, no. 6259 (4 July). — P. 423—426. — arXiv:1510.06960. — Bibcode:2015Sci...350..423F. — DOI:10.1126/science.aac6933. — PMID 26494754 .
  7. Broomhall, A.-M.; Chaplin, W. J.; Davies, G. R.; Elsworth, Y.; Fletcher, S. T.; Hale, S. J.; Miller, B.; New, R. Definitive Sun-as-a-star p-mode frequencies: 23 years of BiSON observations // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press, 2009. — Vol. 396 (4 July). — P. L100. — arXiv:0903.5219. — Bibcode:2009MNRAS.396L.100B. — DOI:10.1111/j.1745-3933.2009.00672.x.
  8. Davies, G. R.; Chaplin, W. J.; Elsworth, Y.; Hale, S. J. BiSON data preparation: a correction for differential extinction and the weighted averaging of contemporaneous data // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press, 2014. — Vol. 441, no. 4 (4 July). — P. 3009—3017. — arXiv:1405.0160. — Bibcode:2014MNRAS.441.3009D. — DOI:10.1093/mnras/stu803.
  9. Tassoul, M. Asymptotic approximations for stellar nonradial pulsations // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1980. — Vol. 43 (4 July). — P. 469. — Bibcode:1980ApJS...43..469T. — DOI:10.1086/190678.
  10. Kjeldsen, H.; Bedding, T. R.[en]. Amplitudes of stellar oscillations: the implications for asteroseismology // Astronomy and Astrophysics : journal. — 1995. — Vol. 293 (4 July). — P. 87. — arXiv:astro-ph/9403015. — Bibcode:1995A&A...293...87K.

Посилання

[ред. | ред. код]