ppt - helas - Uniwersytet Wrocławski

ASTEROSEJSMOLOGIA
Sesja Corot, 13 stycznia 2007
Jadwiga Daszyńska-Daszkiewicz
Instytut Astronomiczny, Uniwersytet Wrocławski
European Helio- and Asteroseismology
Network
Partnerzy
CZYM ZAJMUJE SIĘ HELAS ?
Globalna Heliosejsmologia
Lokalna Heliosejsmologia
Asterosejsmologia
Nauczanie i popularyzacja
Misja CoRoT
Sir Arthur Eddington (1882 – 1944)
„Wydaje się, że głębokie wnętrze Słońca
i gwiazd jest mniej dostępne do badań
niż jakikolwiek obszar we Wszechświecie”
Asterosejsmologia
badanie wnętrz gwiazdowych na podstawie
obserwowanych częstotliwości oscylacji
aster – gr. gwiazda
seismos – gr. trzęsienie, wstrząsy
logos – gr. słowo, nauka
Heliosejsmologia
helios – gr. Słońce
Gwiazda pulsująca - gwiazda, której zmienność
spowodowana jest przez zachodzące w niej pulsacje,
czyli istnienie fal akustycznych lub/i grawitacyjnych
Obserwowanym przejawem tego zjawiska
są zmiany jasności lub/i prędkości radialnej.
DLACZEGO GWIAZDY PULSUJĄ ?
1. samowzbudzanie
2. poprzez zewnętrzną siłę
Ad. 1. w gwieździe są obszary, które działają jak silnik cieplny,
np. Pulsacje klasycznych cefeid
Ad. 2. wzbudzanie stochastyczne przez turbulentną konwekcję
np. oscylacje typu słonecznego
Warstwa napędzająca musi znajdować się
na odpowiedniej głębokości geometrycznej.
Warstwa położona zbyt płytko  ilość energii
zaabsorbowanej przez rzadką materię jest
niewystarczająca dla podtrzymania pulsacji
Warstwa położona zbyt głęboko  amplituda
zmian temperatury jest bardzo mała i warstwa
pochłonie zbyt mało energii, aby być wydajna
W gwieździe chłodniejszej
niż Teff~5500K konwekcja
powstrzymuje gromadzenie
ciepła i ciśnienia.
log (L/L)
Gwiazda gorętsza niż Teff~7500K
ma strefy częściowej jonizacji
zbyt blisko powierzchni.
Niebieska granica
klasycznego pasa
niestabilności
Czerwona granica
log Teff klasycznego pasa
niestabilności
gwiazdy pulsujące różnych typów na diagramie H-R
J. Christensen-Dalsgaard
Źródłem fal dźwiękowych jest stochastyczne pole
prędkości w warstwach konwektywnych, gdzie
ruch odbywa się z prędkością bliską prędkości dźwięku.
Fale takie propagują się do wnętrza i tworzą fale stojące.
Oscylacje słoneczne są drganiami tłumionymi
wzbudzanymi stochastycznie przez konwekcję.
Główny efekt wzbudzania zachodzi w cienkiej warstwie
podfotosferycznej , gdzie prędkości ruchów
turbulentnych są zbliżone do prędkości dźwięku, cs .
Słońce jako gwiazda pulsująca
5 min oscylacje Słońca odkryto w 1962.
amplitudy zmian jasności: ~2 mag
amplitudy zmian prędkości radialnej: ~20 cm/s
okresy oscylacji: 3-25 min
czas życia: rzędu dni, tygodni
liczba modów: rzedu 107
JAK GWIAZDY PULSUJĄ ?
1-wymiarowe oscylacje
Fundamentalny
Pierwszy owerton
Drugi owerton
węzły
Don Kurtz
2-wymiarowe oscylacje radialne
Fundamentalny
Pierwszy owerton
Drugi owerton
3-wymiarowe pulsacje radialne z n=2
2-wymiarowe oscylacje nieradialne
dipol =1
kwadrupol =2
3-wymiarowe oscylacje nieradialne =3
W. Zima
 = 1, m=0
 = 1, m=1
Tim Bedding
 = 2, m=1
 = 2, m=2
 = 3, m=0
 = 3, m=2
 = 3, m=1
 = 3, m=3
 = 4, m=1
 = 4, m=2
 = 4, m=4
 = 5, m=0
 = 5, m=2
 = 5, m=3
 = 8, m=1
 = 8, m=2
 = 8, m=3
CZY MOŻEMY SŁYSZEĆ
PULSACJE GWIAZDOWE ?
NIE !
ALE MOŻEMY OBSERWOWAĆ
EFEKTY PULSACJI
Mira (  Cet ) - pierwsza gwiazda pulsująca
odkryta w 1596 przez Davida Fabriciusa.
jasność obserwowana: od +3.5 do +9 mag, okres 332 dni
Użycie przesunięcia Dopplera
do wyznaczania prędkości
Zmiany profili linii widmowych
Amplituda
Asterosejsmologia
Częstotliwości pulsacji [c/d]
=2
 = 20
 = 25
 = 75
http://astro.phys.au.dk/helio_outreach
MODEL SEJSMICZY GWIAZDY
częstotliwości teoretyczne = częstotliwości obserwowane
Jakie ograniczenia dostajemy z asterosejsmologii ?
Masa
Wiek
Skład chemiczny
efektywność konwekcji
Test danych fizyki atomowej („opacity”)
Profil rotacyjny
Heliosejsmologia
Częstotliwości oscylacji dają informacje
o strukturze i dynamice wnętrza Słońca.
Periodogram dla Słońca z pomiarów prędkości
radialnych (eksperyment BiSON)
Czego dowiedzieliśmy z heliosejsmologii ?
Wiek Słońca
Głębokość warstwy konwektywnej
Test tablic nieprzezroczystości, równania stanu
Obfitość helu
Profil rotacyjny, z promieniem oraz na powierzchni
Rotacja Słońca w funkcji r, i zaznaczonymi
szerokościami heliograficznymi, z danych MDI.
J. Christensen-Dalsgaard
Rotacja Słońca
J. Christensen-Dalsgaard
Lokalna heliosejsmologia
L.Gizon
ASTEROSEJSMOLOGIA:
MUZYKA SFER
Zakres słyszalności
od 20 Hz do 20,000 Hz
1 cykl na sekundę = 1 Hz
5 min
0.003 Hz
„ODGŁOSY” PULSACJI
Słońce
 Centauri
 Hydrae
Zoltan Kollath