Gökbilimciler Parıldayan Yıldızların Seslerini Ayarlıyorlar

Yeni çalışma, yıldızların doğuştan ne kadar parıldaması gerektiğini belirleyen ilk çalışmadır.

Birçok kişi yıldızların parıldadığını biliyor çünkü atmosferimiz Dünya’ya giderken yıldız ışığını büküyor. Ancak yıldızların aynı zamanda, yüzeylerindeki dalgalanan gaz dalgalarının neden olduğu, Dünya’ya bağlı mevcut teleskoplar tarafından algılanamayan doğuştan bir “pırıltısı” da vardır.

Yeni Bir Anlayış Dalgası

Yeni bir çalışmada, kuzeybatı Üniversitesiliderliğindeki araştırma ekibi, büyük bir yıldızın çekirdeğinden dış yüzeyine kadar enerji dalgalanmasının ilk 3 boyutlu simülasyonlarını geliştirdi. Araştırmacılar bu yeni modelleri kullanarak ilk kez yıldızların doğuştan ne kadar parıldaması gerektiğini belirlediler.

Ve yine bir ilk olarak ekip, bu dalgalanan gaz dalgalarını ses dalgalarına dönüştürerek dinleyicilerin hem yıldızların içlerinin hem de “pırıltıların” nasıl ses çıkarması gerektiğini duymasını sağladı. Ve ürkütücü derecede büyüleyici.

Araştırma dergide yayımlandı Doğa Astronomi.

Araştırmayı yöneten Northwestern’den Evan Anders, “Yıldızların çekirdeklerindeki hareketler okyanustakine benzer dalgalar yaratıyor” dedi. “Dalgalar yıldızın yüzeyine ulaştığında, yıldızın gökbilimcilerin gözlemleyebileceği şekilde parıldamasına neden oluyor. İlk defa bir yıldızın bu dalgalar sonucunda ne kadar parıldaması gerektiğini belirlememize olanak sağlayan bilgisayar modelleri geliştirdik. Bu çalışma, gelecekteki uzay teleskoplarının, yıldızların yaşamak ve nefes almak için bağımlı olduğumuz unsurları oluşturduğu merkezi bölgeleri araştırmasına olanak tanıyor.”

Anders, Northwestern’de doktora sonrası araştırmacıdır. Astrofizikte Disiplinlerarası Araştırma ve Araştırma Merkezi (CIERA). Northwestern McCormick Mühendislik Okulu’nda mühendislik bilimleri ve uygulamalı matematik alanında yardımcı doçent olan ve CIERA üyesi olan çalışmanın ortak yazarı Daniel Lecoanet tarafından tavsiye edilmektedir.

Büyük bir yıldızın (merkez) çekirdeğindeki türbülanslı konveksiyonun, dışarıya doğru dalgalanan ve yıldızın yüzeyine yakın rezonans titreşimlerine güç veren dalgalar oluşturabildiğini gösteren 3 boyutlu bir simülasyon. Bilim insanları, titreşimlerin neden olduğu yıldızın parlaklığındaki değişiklikleri inceleyerek, bir gün büyük yıldızların kalplerinin derinliklerindeki süreçleri daha iyi anlayabilecekler. Katkıda bulunanlar: EH Anders ve diğerleri/Doğa Astronomi 2023

Çalkantılı Kaos: Yıldız Konveksiyonu

Tüm yıldızların, gazların ısıyı dışarı doğru itmek için çalkalandığı uçucu ve kaotik bir bölge olan bir konveksiyon bölgesi vardır. Büyük yıldızlar için (güneşimizin kütlesinin en az yaklaşık 1,2 katı olan yıldızlar), bu konveksiyon bölgesi çekirdeklerinde bulunur.

Anders, “Yıldızların içindeki konveksiyon, gök gürültülü fırtınaları besleyen sürece benzer” dedi. “Soğuyan hava alçalır, ısınır ve tekrar yükselir. Bu, ısıyı taşıyan çalkantılı bir süreç.”

Gizli Konvektif Çekirdekleri Ortaya Çıkarmak

Aynı zamanda dalgalar da oluşturur; yıldız ışığının sönüp parlamasına neden olan küçük derecikler, hafif bir pırıltı üretir. Devasa yıldızların çekirdekleri görüş alanından gizlendiği için Anders ve ekibi, onların gizli taşınımını modellemeye çalıştı. Türbülanslı çekirdek konveksiyonunun özelliklerini, dalgaların özelliklerini ve bu dalgaların olası gözlemsel özelliklerini inceleyen çalışmalara dayanan ekibin yeni simülasyonları, bir yıldızın parlaklığının konveksiyonla oluşturulan dalgalara bağlı olarak nasıl değiştiğini doğru bir şekilde tahmin etmek için ilgili tüm fizikleri içeriyor.

‘Ses Yalıtımı’ Yıldızları

Konveksiyon dalgalar oluşturduktan sonra, bu dalgalar simüle edilen yıldızın içinde sıçrar. Bazı dalgalar sonunda yıldızın yüzeyine çıkıp parıldama etkisi yaratırken, diğer dalgalar sıkışıp kalıyor ve etrafa sıçramaya devam ediyor. Anders ve ekibi, yüzeye çıkan ve pırıltı yaratan dalgaları izole etmek için, simülasyonların içinde dalgaların nasıl sıçradığını açıklayan bir filtre oluşturdu.

Anders, “Önce yıldızın etrafına bir kayıt stüdyosundaki yastıklı duvarlar gibi bir sönümleme katmanı koyduk, böylece çekirdek konveksiyonunun nasıl dalga oluşturduğunu tam olarak ölçebildik” dedi.

Anders bunu, müzisyenlerin müziğin “saf sesini” çıkarabilmesi için ortamın akustiğini en aza indirgemek için ses geçirmez yastıklı duvarlardan yararlanan bir müzik stüdyosuyla karşılaştırıyor. Müzisyenler daha sonra filtreleri uygular ve şarkıyı istedikleri gibi üretmek için bu kayıtları düzenlerler.

“Görselleştirme”JüpiterGustav Holst’un üç farklı büyüklükteki devasa yıldızlarla oynadığı sahne. Kredi bilgileri: Kuzeybatı Üniversitesi

Benzer şekilde Anders ve çalışma arkadaşları, filtrelerini konvektif çekirdekten çıkan ölçtükleri saf dalgalara uyguladılar. Daha sonra bir model yıldızın etrafında sıçrayan dalgaları takip ettiler ve sonunda filtrelerinin, yıldızın çekirdekten gelen dalgaları nasıl değiştirdiğini doğru bir şekilde tanımladığını buldular. Araştırmacılar daha sonra dalgaların gerçek bir yıldızın içinde nasıl sıçraması gerektiğine dair farklı bir filtre geliştirdiler. Bu filtre uygulandığında ortaya çıkan simülasyon, gökbilimcilerin güçlü bir teleskopla bakıldığında dalgaların nasıl görünmesini beklediklerini gösteriyor.

Anders, “Yıldızların içinde dinamik olarak meydana gelen çeşitli olaylara bağlı olarak yıldızlar biraz daha parlak veya biraz daha sönük oluyor” dedi. “Bu dalgaların neden olduğu parıltı son derece hafiftir ve gözlerimiz onu görecek kadar hassas değildir. Ancak geleceğin güçlü teleskopları bunu tespit edebilir.”

Yıldızlarda Müzik Yaratmak

Kayıt stüdyosu benzetmesini bir adım daha ileriye taşıyan Anders ve çalışma arkadaşları daha sonra simülasyonlarını ses üretmek için kullandılar. Bu dalgalar insanın işitme aralığının dışında olduğundan, araştırmacılar onları duyulabilir hale getirmek için dalgaların frekanslarını eşit şekilde artırdılar.

Devasa bir yıldızın ne kadar büyük veya parlak olduğuna bağlı olarak konveksiyon, farklı seslere karşılık gelen dalgalar üretir. Örneğin büyük bir yıldızın çekirdeğinden çıkan dalgalar, yabancı bir manzarayı parçalayan çarpık bir ışın silahına benzer sesler çıkarır. Ancak dalgalar yıldızın yüzeyine ulaştıkça yıldız bu sesleri değiştirir. Büyük bir yıldız için ışın tabancasına benzer darbeler, boş bir odada yankılanan düşük bir yankıya dönüşür. Öte yandan, orta büyüklükteki bir yıldızın yüzeyindeki dalgalar, rüzgarlı bir arazide sürekli bir uğultu görüntüsü yaratıyor. Ve küçük bir yıldızın üzerindeki yüzey dalgaları, bir hava durumu sireninden gelen hüzünlü bir uyarı gibi ses çıkarıyor.

“Twinkle, Twinkle, Little Star”ın görselleştirilmesi, üç boyutlu devasa yıldızlar aracılığıyla oynandı. Kredi bilgileri: Kuzeybatı Üniversitesi

Daha sonra Anders ve ekibi, yıldızların şarkıları nasıl değiştirdiğini dinlemek için şarkıları farklı yıldızlardan geçirdi. “Jüpiter”den (besteci Gustav Holst’un “The Planets” orkestra paketinden bir bölüm) ve “Twinkle, Twinkle, Little Star”dan kısa bir ses klibini üç boyutlu (büyük, orta ve küçük) devasa yıldızlar aracılığıyla aktardılar. Yıldızlar arasında yayıldığında, tüm şarkılar kulağa uzak ve unutulmaz geliyor; tıpkı “Alice Harikalar Diyarında”daki gibi.

Anders, “Bir şarkının bir yıldız aracılığıyla yayıldığı takdirde nasıl ses çıkaracağını merak ediyorduk” dedi. “Yıldızlar müziği değiştiriyor ve buna bağlı olarak, onları yıldızın yüzeyinde parıldarken gördüğümüzde dalgaların nasıl görüneceğini değiştiriyorlar.”

Bu çalışma hakkında daha fazla bilgi için bkz. Yıldız Konveksiyon Simülasyonları Dev Yıldızları Parıldatan Şeyi Ortaya Çıkarıyor.

Referans: Evan H. Anders, Daniel Lecoanet, Matteo Cantiello, Keaton J. Burns, Benjamin A. Hyatt, Emma Kaufman, Richard HD Townsend, Benjamin P. Brown, Geoffrey M. Vasil, Jeffrey S. Oishi ve Adam S. Jermyn, 27 Temmuz 2023, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-023-02040-7

Çalışma CIERA tarafından desteklenmiştir. NASAve Ulusal Bilim Vakfı.