Diese Woche kommen die ersten Ergebnisse der Kepler-Mission in Wellen vom Treffen der American Astronomical Society (AAS) in Washington, DC. Ich beziehe mich auf einen Zweig der Astronomie, von dem Sie mehr hören werden, wenn Kepler und andere Missionen beginnen, die inneren Strukturen der Stern-Asteroseismologie aufzudecken. Was ist Asteroseismologie?
Seismologie ist das Studium von Erdbeben auf der Erde. Wichtiger für unsere Diskussion ist jedoch die Untersuchung seismischer Wellen. Erdbeben erzeugen verschiedene Arten von seismischen Wellen, die sich durch verschiedene Gesteinsschichten bewegen, und bieten uns die Möglichkeit, Strukturen tief in der Erde abzubilden. Im Wesentlichen liefern uns große Erdbeben ein natürliches Sonogramm, um in die Erde zu schauen, viel tiefer, als wir tunneln oder bohren können. Da sich diese Wellen von einer Seite des Planeten zur anderen ausbreiten, können wir bis zum Erdmittelpunkt schauen. Auf diese Weise wissen wir, dass der äußere Erdkern flüssig ist und die relativen Dimensionen und Dichten der anderen Teile der inneren und Oberflächenstruktur der Erde.
Die Asteroseismologie, auch als Sternseismologie bekannt, gibt uns den gleichen Einblick in die Struktur von Sternen. Durch die Untersuchung der Schwingungen in pulsierenden Sternen können Astronomen in die Herzen der Sterne blicken, einem der am schwierigsten zu beobachtenden Orte im gesamten Universum. Der Grund, warum Sterninnenräume anhand von Schwingungen untersucht werden können, besteht darin, dass verschiedene Schwingungsmoden in verschiedene Tiefen des Sterns eindringen. Wenn wir die Geschwindigkeit und Amplitude der Pulsation mit anderen Informationen wie Spektren kombinieren, die die Zusammensetzung des Sterns aufzeigen, erhalten wir Informationen über die innere Struktur der Sterne.
Stellare Schwingungsmodi werden basierend auf der Kraft, die sie antreibt, in drei Kategorien unterteilt: akustische, Schwerkraft- und Oberflächengravitationswellenmodi. Der p-Modus oder Schallwellen haben Druck als Kraft, daher der Name „p-Modus“. Diese Wellen können Aufschluss über die Struktur und Dichte von Regionen unter der Oberfläche eines Sterns geben. Der G-Modus oder die Gravitationswellen sind auf das Innere des Sterns beschränkt. f-Mode- oder Oberflächengravitationswellen sind ebenfalls Gravitationswellen, treten jedoch an oder in der Nähe der äußeren Schichten von Sternen auf, sodass sie uns Informationen über die Oberflächenbedingungen von Sternen geben.
Helioseismologie ist die Untersuchung der Ausbreitung von Wellenschwingungen in der Sonne. Da die Sonne der uns am nächsten liegende Stern ist, ist es viel einfacher, ihre Pulsationen genauer zu untersuchen. Durch die Interpretation von Sonnenschwingungen können wir sogar Sonnenflecken auf der anderen Seite der Sonne erkennen, bevor sie sich in Sichtweite drehen. Viele unserer Modelle von Sterninnenräumen basieren auf Informationen, die durch die Untersuchung der Schwingungen der Sonne gewonnen wurden. Aber die Sonne ist nur ein Stern an einem Punkt ihrer Entwicklung. Um Sterne wirklich zu verstehen, müssen wir viel mehr Sterne unterschiedlicher Größe, Masse, Zusammensetzung und Alter beobachten.
Genau das macht Kepler gerade. Der Satellit starrt auf einen 100-Quadrat-Grad-Abschnitt des Himmels zwischen Cygnus und Lyra und erfasst kontinuierlich Daten zur Helligkeit von über 150.000 Sternen für die nächsten drei bis fünf Jahre. Während Keplers Hauptaufgabe darin besteht, die Existenz und Fülle erdähnlicher Planeten um Sterne herum zu entdecken, wird all diese hochpräzise Photometrie für andere wissenschaftliche Zwecke verwendet, insbesondere für die Untersuchung variabler Sterne aller Art und die Durchführung einer Asteroseismologie an Sternen mit sonnenähnlichen Schwingungen.
Die mit Spannung erwartete Veröffentlichung der ersten wissenschaftlichen Ergebnisse der Kepler-Mission am 4. Januar enthielt zahlreiche Artikel zur Asteroseismologie und zum Potenzial, die Sternstruktur in beispiellosen Details zu verstehen. Astronomen reiten auf der neuen Informationswelle zur Wellenausbreitung in Sternen. Surfen geht!
Weiterführende Literatur:
Das asteroseismische Potenzial von Kepler: Erste Ergebnisse für Sterne vom Solartyp
W. J. Chaplin, T. Appourchaux, Y. Elsworth et al
http://arxiv.org/abs/1001.0506
Solarähnliche Schwingungen in Rotgiganten mit geringer Leuchtkraft: Erste Ergebnisse von Kepler
T. R. Bedding, D. Huber, D. Stello et al
http://arxiv.org/abs/1001.0229
Kepler Asteroseismology Program: Einführung und erste Ergebnisse
Ronald L. Gilliland, T.M. Brown, J. Christensen-Dalsgaard
http://arxiv.org/abs/1001.0139
