Come mai potresti guardare dentro una stella? Potresti estrarre i bisturi e altri strumenti del mestiere chirurgico, ma buona fortuna ad arrivare a pochi milioni di chilometri dalla superficie prima che la pelle si sciolga. Le stelle del nostro universo nascondono molto bene i loro segreti, ma gli astronomi possono superare la loro intelligenza e hanno trovato il modo di scrutare nei loro cuori usando, di tutte le cose, onde sonore.

Starquakes

"Onde sonore nello spazio" è una frase piuttosto confusa, ma non preoccuparti, queste onde sonore rimangono rigorosamente all'interno delle loro sfere stellari. Ogni stella è una dinamica, vibrante vortice di intensa attività frenetica. Dentro hai la follia del nucleo nucleare, forgiando nuovi elementi al secondo a temperature di milioni di gradi. All'esterno hai il vuoto dello spazio stesso, più freddo del freddo ad una temperatura appena sopra lo zero assoluto.

Il compito del corpo di una stella è portare tutto quel calore dall'interno verso l'esterno, dove vuole disperatamente andare. Mentre per tutta la loro vita le stelle esistono in uno stato di equilibrio (non stanno esplodendo in una supernova o collassando in un buco nero in questo momento), qualsiasi lieve disturbo può persistere sotto forma di piccoli urti e oscillazioni in tutta la massa della stella e sulla sua superficie.

"Rigonfiamenti e oscillazioni in tutta la massa" sono noti anche come onde sonore.

Ci sono diversi modi in cui le stelle possono iniziare a urlare. Se una toppa o un intero strato di materiale stellare sembra essere un po' più denso della media, può intrappolare le radiazioni al di sotto di esso, impedendole di fuggire. Questo riscalda lo strato in modo anomalo, facendolo salire ed espandersi, liberare il calore intrappolato e lasciare che lo strato si raffreddi e torni al punto di partenza, reimpostando l'intero processo. Mentre questo ciclo continua, le onde sonore emanano dalla pulsazione, che comprende temporaneamente l'intera stella.

Anche la convezione all'interno della stella gioca un ruolo, mentre gigantesche macchie di materiale stellare si fanno strada verso la superficie, toccare la freddezza dello spazio, rilasciare il loro calore, e sgattaiolare giù nelle profondità infuocate. Questo continuo agitarsi, come la superficie bollente di una pentola d'acqua sul fuoco, risuona in tutta la stella.

Anche un compagno vicino può guidare la creazione di onde sonore, mentre la gravità del partner orbitante tira e modifica la stella, protendersi con schiaffi gravitazionali invisibili e stringere, innescando più terremoti.

La simulazione incontra la realtà delle onde sonore

Le stelle ospitano ogni sorta di vibrazioni al loro interno. Alcuni durano solo per un po', alcuni rimangono a lungo. Alcuni si attaccano solo alla superficie o appena sotto di essa, mentre altri fanno la zip su e giù, rimbalzando sul nucleo denso nel processo. Ciò significa che le vibrazioni sono diagnostiche molto utili nelle condizioni della stella. Quanti anni ha? Quale percentuale di elementi più pesanti nuota al suo interno? Come sono collegati (o meno) tra loro i vari strati interni?

Il particolare mix di ingredienti che entra in ogni particolare stella cambia sottilmente i tipi di vibrazioni che vivono sulla superficie. È come la frenologia stellare, ma in realtà è scienza:studiare le protuberanze e le oscillazioni sulla superficie di una stella ne rivela il carattere.

È qui che i computer entrano in scena in grande stile, e perché l'asterosismologia è un campo relativamente nuovo. Non abbiamo catalogo su catalogo di sezionato, stelle visualizzate da confrontare con esemplari viventi. Invece abbiamo i computer, molti di loro. Modello dopo modello, cuciniamo ogni possibile tipo di stella nei nostri forni in silicone, che abbracciano la gamma di ogni tipo di parametro di input gestibile.

E mettiamo a punto anche la fisica, armeggiando e giocando con varie teorie su come funzionano le stelle all'interno. Quanto sono collegati i nuclei alle atmosfere? Quanto sono importanti i campi magnetici? Qual è la relazione tra rotazione e trasferimento di calore? Domande importanti senza molte risposte.

L'ascesa delle macchine

Queste estese simulazioni di finte stelle ci danno il necessario "catalogo arretrato" da confrontare con le osservazioni. Ma le osservazioni non sono facili. Non possiamo osservare la superficie della maggior parte delle stelle:possiamo solo guardare da lontano mentre la luce delle stelle si attenua e si illumina.

Alcune di queste variazioni sono dovute a riacutizzazioni casuali o ad altre attività temperamentali. Alcune di queste variazioni sono dovute a un pianeta in orbita che attraversa la linea di vista. E parte di questa variazione è dovuta alle onde sonore che si infrangono attraverso la stella e gorgogliano sulla superficie, cambiando sempre leggermente la luminosità nello splendore della stella.

È qui che la teoria incontra la realtà, ma le osservazioni sono estremamente brevi (non riusciamo ad osservare le stelle per molto tempo), e incompleto (non possiamo vedere tutte le vibrazioni sulla superficie). Per dare un senso a tutto questo, gli astronomi hanno recentemente sviluppato un'intera pipeline di machine learning per confrontare i dati con i modelli.

In questa conduttura, gli scienziati hanno addestrato una rete neurale sulle simulazioni, permettendogli di scoprire tutte le sottili relazioni tra i parametri di input del modello (massa della stella, metallico, ecc.) e modelli di vibrazione sulla superficie. Quindi, usando quella conoscenza sofisticata, l'algoritmo può guardare le stelle reali con il reale, dati disordinati e trova la migliore corrispondenza nei modelli. Questa tecnica è ancora agli inizi quando si tratta di asterosismologia, ma apre un futuro promettente per l'estrazione attraverso campioni stellari, capire come funzionano le stelle all'interno.