Астрономы настраиваются на музыку ближайшей звезды, чтобы сделать удивительное открытие

Автор: Gabriel Perez Diaz/Instituto de Astrofísica de Canarias/WM Keck Observatory

Астрономы, использующие обсерваторию имени Кека на острове Маунакеа, Гавайи, прослушали музыку близлежащей звезды и обнаружили сюрпризы, которые потрясли наше понимание того, как работают звезды.

Исследование использовало новейший передовой инструмент обсерватории Кека, Keck Planet Finder (KPF), для обнаружения колебаний, проходящих через звезду. Результаты, опубликованные сегодня в The Astrophysical Journal, открывают новое окно в недра звезд, которые когда-то считались слишком тихими для исследования.

Звездная симфония

Хотя мы не можем слышать их своими ушами, звезды не молчат. Как и музыкальные инструменты, звезды резонируют с собственными частотами, которые астрономы могут «услышать» с помощью правильных инструментов. Эта область исследований, известная как астросейсмология, позволяет ученым использовать эти частоты для исследования недр звезд, так же как землетрясения помогают ученым узнать о недрах Земли.

«Вибрации звезды подобны ее уникальной песне», — сказал Ягуан Ли, ведущий автор и исследователь из Гавайского университета в Маноа. «Слушая эти колебания, мы можем точно определить, насколько массивна звезда, насколько она велика и сколько ей лет».

До сих пор «звездные песни» в основном записывались со звезд, более горячих, чем Солнце, с использованием космических телескопов НАСА, таких как Kepler и TESS. Но колебания HD 219134 — более холодной, оранжевой звезды всего в 21 световом году от нас — слишком слабы, чтобы их можно было уловить с помощью изменений яркости, которые исследуются космическими телескопами.

Инструмент KPF обсерватории Кека точно измеряет движение поверхности звезды к наблюдателю и от него. За четыре последовательных ночи команда использовала KPF для сбора более 2000 сверхточных измерений скорости звезды, что позволило им уловить колебания звезды в действии. Это первый астросейсмический вывод о возрасте и радиусе холодной звезды с использованием KPF.

«Быстрый режим считывания данных KPF делает его идеально подходящим для обнаружения колебаний в холодных звездах», — добавил Ли, — «и это единственный спектрограф на Мауна-Кеа в настоящее время, способный делать подобные открытия».

Капсула времени возрастом 10 миллиардов лет

Используя колебания, обнаруженные в HD 219134, команда определила его возраст в 10,2 миллиарда лет, что более чем в два раза превышает возраст нашего Солнца. Это делает его одной из старейших звезд главной последовательности с возрастом, определенным с помощью астросейсмологии.

Это измерение — больше, чем просто любопытство, оно имеет важные последствия для того, как мы понимаем старение звезд. Астрономы используют метод, называемый гирохронологией, для оценки возраста звезд на основе того, как быстро они вращаются. Молодые звезды вращаются быстро, но они постепенно замедляются, поскольку со временем теряют угловой момент — во многом как волчки, которые затухают.

Но что-то любопытное происходит со звездами вроде HD 219134: их замедление вращения, похоже, останавливается в более позднем возрасте. Новый астросейсмический возраст позволяет ученым привязывать модели к старому концу звездной временной шкалы, помогая уточнить, как мы оцениваем возраст бесчисленного множества других звезд.

«Это похоже на то, как если бы мы нашли давно потерянный камертон для звездных часов», — сказал доктор Ягуан Ли. «Это дает нам точку отсчета для калибровки того, как звезды замедляют вращение на протяжении миллиардов лет».

Головоломка размером со звезду

Удивительно, но команда также обнаружила, что HD 219134 выглядит меньше, чем ожидалось. В то время как другие измерения с использованием интерферометрии — метода, который измеряет размер звезды, наблюдая ее с помощью нескольких телескопов — дали радиус примерно на 4% больше, астросейсмическое измерение предполагает более компактную звезду.

Это различие озадачивает и ставит под сомнение предположения в моделировании звезд, особенно для более холодных звезд, таких как HD 219134. Вопрос о том, вызвано ли это расхождение нераспознанными атмосферными эффектами, магнитными полями или более глубокими проблемами моделирования, остается открытым.

Звезда HD 219134 не одинока — она содержит семейство из по меньшей мере пяти планет, включая два каменистых мира размером с супер-Землю, которые проходят через диск звезды. С более точным измерением размера звезды команда смогла уточнить размеры и плотности этих планет. Их обновленные значения подтверждают, что эти миры, вероятно, имеют состав, похожий на земной, с твердыми каменистыми поверхностями.

Звездные звуки и поиск жизни

Такие инструменты, как Keck Planet Finder, позволят проводить измерения для других звезд, таких как HD 219134, которые станут центром поиска жизни на других планетах в ближайшие десятилетия с использованием будущих миссий NASA, таких как Обсерватория обитаемых миров.

«Когда мы найдем жизнь на другой планете, мы захотим узнать, насколько она стара», — сказал доктор Дэниел Хубер, соавтор исследования. «Прослушивание звуков ее звезды даст нам ответ».

Больше информации: Yaguang 亚光 Li 李 et al, K Dwarf Radius Inflation and a 10 Gyr Spin-down Clock Unveiled through Asteroseismology of HD 219134 from the Keck Planet Finder, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adc737

Источник: W. M. Keck Observatory