Vid första ögonkastet, det verkar vara omöjligt att titta in i en stjärna. Ett internationellt team av astronomer, under ledning av Earl Bellinger och Saskia Hekker från Max Planck Institute for Solar System Research i Göttingen, har, för första gången, bestämt den djupa inre strukturen hos två stjärnor baserat på deras svängningar.

Vår sol, och de flesta andra stjärnor, uppleva pulsationer som sprider sig genom stjärnans inre som ljudvågor. Frekvenserna för dessa vågor är präglade i stjärnans ljus, och kan senare ses av astronomer här på jorden. I likhet med hur seismologer dechiffrerar vår planets inre struktur genom att analysera jordbävningar, astronomer bestämmer stjärnornas egenskaper utifrån deras pulsationer – ett fält som kallas asteroseismologi. Nu, för första gången, en detaljerad analys av dessa pulsationer har gjort det möjligt för Earl Bellinger, Saskia Hekker och deras kollegor för att mäta den inre strukturen hos två avlägsna stjärnor.

De två stjärnorna de analyserade är en del av 16 Cygni -systemet (känd som 16 Cyg A och 16 Cyg B) och båda liknar mycket vår egen sol. "På grund av deras lilla avstånd på bara 70 ljusår, dessa stjärnor är relativt ljusa och lämpar sig därför perfekt för vår analys, " säger huvudförfattaren Earl Bellinger. "Tidigare, det gick bara att göra modeller av stjärnornas interiörer. Nu kan vi mäta dem."

För att göra en modell av en stjärnas interiör, astrofysiker varierar stjärnutvecklingsmodeller tills en av dem passar till det observerade frekvensspektrumet. Dock, de teoretiska modellernas pulsationer skiljer sig ofta från stjärnornas, mest troligt på grund av att viss stjärnfysik fortfarande är okänd.

Bellinger och Hekker bestämde sig därför för att använda den omvända metoden. Här, de härledde stjärnans inre lokala egenskaper från de observerade frekvenserna. Denna metod beror mindre på teoretiska antaganden, men det kräver utmärkt mätdatakvalitet och är matematiskt utmanande.

Med den omvända metoden, forskarna såg ut över 500, 000 km djupt in i stjärnorna - och fann att ljudets hastighet i de centrala regionerna är större än modellerna förutspådde. "I fallet med 16 Cyg B, dessa skillnader kan förklaras genom att korrigera vad vi trodde var stjärnans massa och storlek, " säger Bellinger. När det gäller 16 Cyg A, dock, orsaken till avvikelserna kunde inte identifieras.

Det är möjligt att ännu okända fysiska fenomen inte beaktas tillräckligt av de nuvarande evolutionära modellerna. "Element som skapades i de tidiga faserna av stjärnans utveckling kan ha transporterats från stjärnans kärna till dess yttre lager, " förklarar Bellinger. "Detta skulle förändra stjärnans inre skiktning, vilket sedan påverkar hur det svänger."

Denna första strukturella analys av de två stjärnorna kommer att följas av mer. "Tio till 20 ytterligare stjärnor som är lämpliga för en sådan analys kan hittas i data från Kepler Space Telescope, "säger Saskia Hekker, som leder forskningsgruppen Stellar Ages and Galactic Evolution (SAGE) vid Max Planck-institutet i Göttingen. I framtiden, NASA:s TESS-uppdrag (Transiting Exoplanet Survey Satellite) och rymdteleskopet PLATO (Planetary Transits and Oscillation of Stars) planerade av European Space Agency (ESA) kommer att samla in ännu mer data för detta forskningsfält.

Den omvända metoden ger nya insikter som kommer att bidra till att förbättra vår förståelse av fysiken som händer i stjärnor. Detta kommer att leda till bättre stjärnmodeller, som sedan kommer att förbättra vår förmåga att förutsäga den framtida utvecklingen av solen och andra stjärnor i vår galax.