Астросейсмология

Астросейсмоло́гия (от греческого греч. ἀστήρ «звезда», σεισμός «землетрясение» и -λογία «учение»), также известная как звёздная сейсмология^[2][3] — наука, которая изучает внутреннюю структуру пульсирующих звёзд путём исследования частотных спектров их пульсаций. Различные осцилляционные моды проникают на разные глубины внутрь звезды. Из этих колебаний можно извлечь информацию о ненаблюдаемых иными способами внутренних слоях звёзд таким же образом, как сейсмологи исследуют недра Земли (и других твёрдых планет) с помощью осцилляций, вызываемых землетрясениями^[3][4].

Осцилляции, изучаемые астросейсмологами, вызываются тепловой энергией, преобразуемой в кинетическую энергию колебаний. Этот процесс похож на то, что происходит в любой тепловой машине, в которой тепло поглощается в высокотемпературной фазе цикла и выделяется, когда температура низка. Основным механизмом для многих классов звёзд является преобразование энергии излучения в энергию механических колебаний в поверхностных слоях. Возникающие в результате колебания, как правило, исследуются в предположении, что они малы и что звезда является изолированной и сферически симметричной. В системах двойных звёзд существенно повлиять на колебания звезды могут также приливные силы. Одно из применений астросейсмологии — это нейтронные звёзды, чья внутренняя структура не может непосредственно наблюдаться, но может исследоваться на основе изучения их осцилляций.

Гелиосейсмология (солнечная сейсмология) — это тесно связанная дисциплина, изучающая колебания Солнца. Осцилляции на Солнце возбуждаются конвекцией в его внешних слоях. Наблюдения колебаний, подобных солнечным, на других звёздах являются новой и активно развивающейся областью астросейсмологии.

Астросейсмология предоставляет инструмент для исследования внутренней структуры звёзд. Осцилляционные частоты дают информацию о профиле плотности в тех областях, где волны возникают и распространяются. Спектр даёт информацию о химическом составе этих областей.

Волны в солнцеподобных звёздах могут быть разделены на три различных типа.

• Акустические моды или моды давления (p)^[3] возбуждаются внутренними флуктуациями давления внутри звёзд; их динамика определяется локальной скоростью звука.
• Гравитационные (g) моды (не путать с гравитационными волнами из ОТО) возбуждаются всплыванием более лёгких и погружением более тяжёлых элементов газа,^[5]
• Поверхностно-гравитационные (f) моды сродни океанским волнам, распространяющимся вдоль звёздной поверхности.^[6]

В недрах солнцеподобных звёзд, таких как Альфа Центавра, p-моды выражены, тогда как g-моды в основном привязаны к ядру конвективной зоной. Однако g-моды были отмечены в белых карликах^[5].