Кіріспе

Жұлдыздардағы тербелістерді зерттеу

Астеросейсмология – жұлдыздардағы тербелістерді зерттеу ғылымы. Жұлдыздар көптеген резонанстық режимдер мен жиіліктерге ие, ал жұлдыздың ішінде дыбыс толқындарының өту жолы дыбыстың жылдамдығына байланысты, ал ол жергілікті температура мен химиялық құрамына тәуелді. Нәтижедегі тербеліс режимдері жұлдыздың әртүрлі бөліктеріне сезімтал болғандықтан, астрономдарға жұлдыздың ішкі құрылымы туралы ақпарат береді, бұл ақпаратды жарықтығы мен беттік температурасы сияқты жалпы қасиеттер арқылы тікелей алу мүмкін емес. Астеросейсмология, әсіресе Күндегі жұлдыздық пульсацияларды зерттейтін гелиосейсмологиямен тығыз байланысты. Екеуі де бірдей физикалық принциптерге негізделгенімен, Күннің бетін толық көруге болатындықтан, оның үшін көбірек және сапалық жағынан ерекше ақпарат қолжетімді.

Каппа механизмі

Кейбір жұлдыздардың нақты белгілі жағдайларда жылу сәулелену арқылы тасымалданатын аймақтары болады, және олардың мөлдірсіздігі температураның күрт төмендейтін функциясы болып табылады. Бұл мөлдірсіздік өсімі (немесе Эддингтон клапаны) арқылы тербелістерді тудыруы мүмкін. Егер тербеліс циклының басында жұлдыздық қабық жирылған болса, делік. Ол кеңейіп, сәл суығанда, мөлдірсіздік өсіміндегі қабат көбірек мөлдірсіз болып, көбірек сәулеленуді сіңіріп, қызып кетеді. Бұл қызу кеңейіске, одан әрі суынуға алып келеді, және қабат одан да мөлдірсіз болады. Бұл процесс материалдың мөлдірсіздігінің өсуі баяулағанша жалғасады, содан кейін қабатта тұтқындалған сәулелену босап шыға алады. Жұлдыз жирылып, цикл қайта басталуға дайын тұрады. Осылайша, мөлдірсіздік жұлдыздың қабығындағы жылуды ұстап тұратын клапан рөлінде әрекет етеді. Механизм арқылы тудырылған тербелістер үйлесімді және салыстырмалы түрде үлкен амплитудаға ие. Ол көптеген ең ұзақ мерзімді өзгермелі жұлдыздардың, соның ішінде Цефеид және RR Lyrae жұлдыздарының тербелістерін қозғайды.

Жер бетінің конвекциясы

Жұлдыздардың бетінде конвекция аймақтары бар болғанда, бетке жақын турбулентті сұйықтық қозғалыстары кең жиілік диапазонында тербелістерді бірден тудырып, оларды басады. Бұл режимдер өзінен-өзі тұрақты болғандықтан, олардың амплитудасы төмен және қысқа мерзімді болады. Бұл күнге ұқсас осцилляторлардың барлығындағы қозғау механизмі.

Конвективті блоктау

Егер беткі конвекция аймағының негізі анық болса және конвекциялық уақыт өлшемдері пульсациялық уақыт өлшемдерінен баяу болса, конвекциялық ағындар бұзылыстарға тым баяу жауап береді, олар үлкен, үйлесімді пульсацияларға дейін күшейе алады. Бұл механизм конвективтік тоқтату деп аталады және Doradus айнымалыларындағы пульсацияларды қозғаушы күш деп саналады.

Жауын-шашын қоздыру

Кеплер спутнигінен алынған бақылаулар эксцентриктік екілік жүйелерді ашты, онда ең жақын арада тербелістер пайда болады. Бұл жүйелер жарық қисықтарының ерекше пішініне байланысты "жүрек соғысы" жұлдыздары деп аталады.

Күн сәулесіне ұқсас осцилляторлар

Күн тербелістері бетке жақын конвекциямен туындағандықтан, осыған ұқсас қозғалатын кез келген жұлдыз тербелістері күнге ұқсас тербелістер деп аталады, ал олардың өзі күнге ұқсас тербелістер болып танылады. Дегенмен, күнге ұқсас тербелістер эволюциялаған жұлдыздарда (кіші гиганттар мен қызыл гиганттарда) да болады, бұл жұлдыздар Күнге ұқсамаса да, конвективті қабықшаға ие.

Кефеидтік айнымалылар

Сефеидтік айнымалылар – пульсациялық жұлдыздардың ең маңызды түрлерінің бірі. Олар ядрода гелийді күйдіретін, массасы шамамен 5 күн массасынан жоғары жұлдыздар. Олар көбінесе негізгі тербеліс режимдерінде өтеді, олардың тербеліс периоды әдетте бірнеше күннен бірнеше айға дейін ауыспайды. Олардың пульсация периоды олардың жарқырауымен тығыз байланысты, сондықтан Сефеидке дейінгі қашықтықты оның тербеліс периодын өлшеу, оның жарқырауын есептеу және оны байқалатын жарқырауымен салыстыру арқылы анықтауға болады. Сефеидтік пульсациялар гелийдің екінші иондалу аймағына әсер ететін каппа механизмімен қозғалады.

RR Lyrae айнымалылары

RR Лиралары Цефеидтік айнымалы жұлдыздарға ұқсас, бірақ металдық құрамы төмен (яғни II популяциясы) және массасы әлдеқайда аз (күн массасының 0,6-0,8 есесі). Олар ядрода гелийді күйдіретін алып жұлдыздар, және негізгі режимнің бірінде немесе екеуінде де, немесе бірінші гармоникасында тербеліс жасайды. Бұл тербелістерге де гелийдің екінші иондалуы арқылы әрекет ететін каппа механизмі себеп болады. Көптеген RR Лиралары, соның ішінде RR Лирасының өзі, Blazhko эффекті деп аталатын ұзақ мерзімді амплитудалық модуляцияларды көрсетеді.

Delta Scuti және Gamma Doradus жұлдыздары

Дельта-Скути айнымалылары классикалық тұрақсыздық жолағы негізгі тізбекпен қиылысатын жерлерде кездеседі. Олар көбінесе А және ерте F типтегі шағын жұлдыздар мен субгиганттар болып табылады, ал тербеліс режимдері төмен ретті радиалды және радиалды емес қысым режимдері, олардың периоды 0,25-тен 8 сағатқа дейін, ал шамалары әртүрлі өзгерістерге ұшырайды. Сефеид айнымалылары сияқты, тербелістер гелийдің екінші иондалуына әсер ететін каппа механизмімен қозғалады. SX Phoenicis айнымалылары Дельта-Скути айнымалыларының металға кедей туыстары саналады. Гамма Дорадус айнымалылары Дельта-Скути айнымалыларының қызыл жағына ұқсас, көбінесе ерте F типтегі жұлдыздарда кездеседі. Бұл жұлдыздар шамамен 0,5 пен 3 күн аралығында бірнеше тербеліс жиілігін көрсетеді, бұл төмен ретті қысым режимдерінен әлдеқайда баяу. Гамма Дорадус тербелістері конвективтік тоқтау арқылы қоздырылатын жоғары ретті гравитациялық режимдер деп есептеледі. Кеплердің нәтижелеріне сәйкес, көптеген Дельта-Скути жұлдыздары Гамма Дорадус тербелістерін де көрсетеді, сондықтан олар гибридтік болып табылады.

Жылдам тербелетін Ap (roAp) жұлдыздары

Тез тербелетін Ap жұлдыздары Delta Scuti айнымалыларына ұқсас параметрлерге ие, көбінесе A және F типінде болады, бірақ олар күшті магниттік және химиялық құрамы ерекше (сондықтан p спектрлік субтипі). Олардың тығыз режимдер спектрі көлбеу пульсатор моделі арқылы түсіндіріледі: режимдердің жиіліктері магнит өрісімен модуляцияланады, бұл өріс міндетті түрде жұлдыздың айналу осімен сәйкес келмейді (Жердегі жағдай сияқты). Тербеліс режимдерінің жиіліктері шамамен 1500 мкГц-ке жетеді және амплитудасы бірнеше ммг құрайды.

Баяу импульс ететін В жұлдыздары мен Бета Цефеидің айнымалылары

Баяу импульс ететін B (SPB) жұлдыздары – бірнеше күндік тербеліс периоды бар B типіндегі жұлдыздар. Олар каппа механизмі арқылы қоздырылатын жоғары реттік гравитациялық режимдер деп түсіндіріледі. Бета-Сефей айнымалы жұлдыздары сәл ыстық (демек, көбінесе массивті) және каппа механизмімен қоздырылатын режимдерге ие. Сонымен қатар, олар бірнеше сағаттық периодты төменгі реттік гравитациялық режимдерде тербеліседі. Екі класс осцилляторлар да тек баяу айналатын жұлдыздарды қамтиды.

Б-ның өзгермелі жұлдыздары

Субкарлик В (sdB) жұлдыздары – негізінен, гелийді өзекте жақтыратын алып жұлдыздардың өзегі, олар қалай болса солай, сутегі қабығының көп бөлігін жоғалтып, сутегін жақтыратын қабық қалмаған. Олардың бірнеше тербеліс периоды бар, ол шамамен 1 мен 10 минут аралығында, ал көрінетін жарықтағы амплитудалары 0,001 мен 0,3 шамасы арасында өзгереді. Бұл тербелістер төмен реттік қысым толқындары болып табылады, олар темірдің мөлдірлігінің өсуына әсер ететін каппа механизмі арқылы қозғалады.

Ақ жұлдыздар

Ақ жұлдыздар, қалыпты жұлдыздар сияқты, спектрлік типімен сипатталады, бірақ спектрлік типі мен тиімді температура арасындағы байланыс бірдей болмайды. Сондықтан, ақ жұлдыздар DO, DA және DB типтерімен белгілі. Олардың салқынырақ типтері физикалық тұрғыдан мүмкін, бірақ ғалам олардың жеткілікті түрде салқындауына жете алмайынша тым жас. Барлық үш типтің ақ жұлдыздары пульсациялайтыны анықталды. Пульсациялайтындар GW Virginis жұлдыздары (DO айнымалылары, кейде PG 1159 жұлдыздары деп те аталады), V777 Herculis жұлдыздары (DB айнымалылары) және ZZ Ceti жұлдыздары (DA айнымалылары) деп белгіленеді. Барлығы төмен дәрежелі, жоғары ретті g режимдерінде пульсациялайды. Тербеліс периоды тиімді температурамен бірге шамамен 30 минуттан 1 минутқа дейін азаяды. GW Virginis және ZZ Ceti жұлдыздары каппа механизмімен, ал V777 Herculis жұлдыздары конвекциялық тоқтату арқылы қозғалатыны саналады.

Ғарыш миссиялары

Өткен, қазіргі және болашақ ғарыш кемелерінің бірқатары өз миссияларының маңызды бөлігі ретінде астеросейсмологияны зерттеуді жүргізеді (хронологиялық тәртіппен). WIRE – 1999 жылы ұшырылған НАСА спутнигі. Сәтті болмаған үлкен инфрақызыл телескоптың екі дюймдік апертурасы бар жұлдызды бақылаушысы он жылдан астам уақыт бойы жарқын жұлдызды астеросейсмология құралы ретінде пайдаланылды. 2011 жылы Жер атмосферасына қайта кірді. MOST – 2003 жылы ұшырылған Канада спутнигі. Астеросейсмологияға арналған алғашқы ғарыш кемесі. CoRoT – 2006 жылы ұшырылған Еуропалық ғарыш агенттігінің (ESA) француздық планета іздеуші және астеросейсмология спутнигі. Kepler – 2009 жылы ұшырылған НАСА планета іздеуші ғарыш кемесі, екінші реакциялық дөңгелегінің бұзылуына байланысты телескоптың бір аймақты бақылауын жалғастыру мүмкін болмағандықтан K2 ретінде қайта мақсатталанды. BRITE – ең жарқын тербелісті жұлдыздарды зерттеуге арналған наноспутниктер шоқжұлдызы. Алғашқы екі спутник 2013 жылдың 25 ақпанында ұшырылды. TESS – 2018 жылы ұшырылған НАСА планета іздеушісі, аспанның көп бөлігіндегі жарқын жұлдыздарды зерттейді. PLATO – астеросейсмологияны пайдаланып, транзиттейтін планеталардың дәл массаларын және радиустарын алуға арналған жоспарланған Еуропалық ғарыш агенттігінің (ESA) миссиясы.

Бағдарламалық жасақтама

Айнымалы жұлдыздар пакеті (R тілінде) айнымалы жұлдыздардың тербеліс түрлеріндегі үлгілерді талдауға арналған негізгі функцияларды қамтамасыз етеді. Синтетикалық деректермен тәжірибе жасауға мүмкіндік беретін интерфейс де ұсынылады.