Ученые показывают, что магнитная активность Солнца влияет на определение его сейсмического возраста

Эволюция солнца в течение 23-го цикла. На изображении показан коллаж из 11 фотографий солнца, сделанных спутником SOHO, и показан 11-летний цикл солнечной активности с минимумами около 1996 и 2006 годов и максимумом около 2001 года. Автор: SOHO/ESA/NASA

Эти результаты открывают путь для углубленного исследования, чтобы лучше понять природу магнитной активности и ее влияние на звездные колебания. Исследование опубликованов журнале Astronomy & Astrophysics.

Астросейсмология, или гелиосейсмология в случае Солнца, — это увлекательный раздел астрономии, изучающий колебания звезд.

«Чтобы понять это, нужно представить себе звезду как большой газовый шар, находящийся в постоянном движении. Внутри этой звезды есть волны или пульсации, которые заставляют ее вибрировать, что-то вроде звука, резонирующего в музыкальном инструменте», — объясняет Жером Бетрисей, научный сотрудник кафедры астрономии факультета естественных наук UNIGE и первый автор исследования.

«Эти вибрации заставляют поверхность звезды слегка двигаться и регулярно менять светимость. Благодаря очень точным приборам мы можем обнаружить эти изменения светимости с Земли или из космоса», — продолжает исследователь.

Слушая симфонию звезд

Наблюдая эти изменения, исследователи могут многое узнать о внутренней структуре звезды и определить важные характеристики, такие как ее размер, возраст, химический состав или стадия звездного жизненного цикла. Точное понимание характеристик звезд необходимо, среди прочего, для определения свойств планет, которые их окружают, или для того, чтобы проследить историю Млечного Пути.

Несмотря на некоторые значительные успехи последних десятилетий, астросейсмология также показала, что существуют значительные различия между наблюдениями и предсказаниями теоретических моделей внутреннего устройства звезд.

На протяжении многих лет были разработаны различные методы для уменьшения этих расхождений, с разной степенью успеха. Однако ни один из современных методов не учитывает магнитную активность звезд, ее влияние на результаты предполагается незначительным.

Международная группа под руководством Бетрисея только что продемонстрировала обратное. Она установила, что возраст Солнца, определенный гелиосейсмологией, значительно варьируется в зависимости от уровня активности солнечного цикла.

Чтобы дать порядок величины, возраст Солнца составляет около 4,6 миллиарда лет, и между солнечными минимумами наблюдались вариации до 300 миллионов лет. Хотя эти вариации могут показаться небольшими по сравнению с возрастом Солнца, они больше не являются незначительными, учитывая уровень точности, который будет достигнут будущими космическими миссиями.

Сейсмический возраст Солнца коррелирует с циклом солнечной активности

Чтобы лучше понять влияние магнитной активности на солнце, ученые проанализировали 26,5 лет солнечных данных, охватывающих два полных цикла активности. Они разделили эти данные примерно на 90 небольших серий продолжительностью в один год, каждая из которых была разделена на три месяца. Для каждой из этих серий был проведен сейсмический анализ, что позволило измерить эволюцию фундаментальных свойств солнца, таких как его масса, радиус и возраст с течением времени.

Для проверки надежности результатов использовались два независимых набора данных. Один поступил из сети наземных телескопов BiSON (Birmingham Solar Oscillations Network) Бирмингемского университета, а другой — из инструмента GOLF (Global Oscillations at Low Frequencies) на борту спутника SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), который вращается вокруг Солнца с середины 1990-х годов.

Независимо от проверенной конфигурации, возраст Солнца, определенный гелиосейсмологией, коррелировал с уровнем активности солнечного цикла. Они измерили вариации около 6% в среднем между периодами солнечного минимума и максимума, что очень важно с точки зрения точности, намеченной для будущих космических миссий, которые будут анализировать другие подобные звезды.

Например, миссия PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) стремится достичь точности в 10% при определении возраста звезды, подобной Солнцу.

Изучение данных GOLF и BiSON также показало, что влияние цикла активности на сейсмический возраст более выражено для более активного из двух изученных циклов. Этот результат логичен и ожидаем с физической точки зрения.

Светлое будущее изучения магнитной активности звезд

Результаты этого исследования показывают, что магнитная активность звезд представляет собой серьезную проблему для будущих космических миссий, таких как PLATO, особенно с точки зрения характеристики наиболее активных звезд. «Однако это открытие также открывает множество захватывающих исследовательских перспектив», — заключает Бетрисей.

Магнитная активность звезд оказывает существенное влияние на звездные колебания, что затрудняет точное определение фундаментальных свойств, таких как масса, радиус и возраст звезд. Для будущих космических миссий это означает, что необходимо будет разработать более сложные методы учета этого магнитного воздействия.

Проблемы, вызванные магнитной активностью, также побудят исследователей глубже изучить это явление. Это может привести к лучшему пониманию физики звезд, особенно в плане того, как магнитные поля взаимодействуют с внутренними колебаниями звезд. Это исследование также может улучшить наше понимание циклов звездной активности, которые похожи на солнечные циклы.

Больше информации: J. Bétrisey et al, Imprint of the magnetic activity cycle on solar asteroseismic characterisation based on 26 years of GOLF and BiSON data, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202451365

Источник: University of Geneva