Hur i hela friden skulle du kunna titta in i en stjärna? Du kan bryta ut skalpellerna och andra verktyg för kirurgisk handel, men lycka till med att komma inom några miljoner kilometer från ytan innan din hud smälter av. Stjärnorna i vårt universum döljer sina hemligheter mycket väl, men astronomer kan överträffa sin skicklighet och har hittat sätt att kika in i deras hjärtan med hjälp av, av alla saker, ljudvågor.

Starquakes

"Ljudvågor i rymden" är en ganska förvirrande fras, men oroa dig inte, dessa ljudvågor håller sig strikt inom sina stjärnfält. Varje stjärna är dynamisk, vibrerande malström av intensiv frenetisk aktivitet. På insidan har du den nukleära kärnans galenskap, smide nya grundämnen i sekunden vid temperaturer på miljontals grader. På utsidan har du vakuumet i rymden själv, kallare än kallt vid en temperatur knappt över absolut noll.

Jobbet för en stjärnas kropp är att få all den värmen från insidan till utsidan, dit den desperat vill gå. Medan stjärnor under hela deras liv finns i jämvikt (de exploderar inte i en supernova eller kollapsar i ett svart hål just nu), varje liten störning kan kvarstå som små stötar och vickningar i hela stjärnan – och på dess yta.

"Bump and wiggles through the bulk" kallas även ljudvågor.

Det finns några olika sätt som stjärnor kan börja skrika på. Om en lapp eller ett helt lager med stjärngrejer bara råkar vara lite tätare än genomsnittet, den kan fånga strålning under den, hindrar den från att fly. Detta värmer skiktet onormalt, får den att stiga och expandera, frigöra den instängda värmen och låta lagret svalna och sätta sig tillbaka till hur det började, återställa hela processen. När denna cykel fortsätter, ljudvågor utgår från pulseringen, som tillfälligt omfattar hela stjärnan.

Konvektionen inuti stjärnan spelar också en roll, som gigantiska klumpar av stjärnmaterial tar sig upp till ytan, rör vid rymdens kyla, släppa sin värme, och slinka tillbaka ner i det brinnande djupet. Denna kontinuerliga omrörning, som den kokande ytan på en gryta med vatten på spisen, resonerar genom hela stjärnan.

Även en närliggande följeslagare kan driva skapandet av ljudvågor, när tyngdkraften hos den kretsande partnern drar och justerar stjärnan, sträcker ut handen med osynliga gravitationsslag och klämningar, antända fler skalv.

Simulering möter ljudvågsverklighet

Stjärnor är värd för alla möjliga vibrationer inuti dem. Vissa håller bara en liten stund, vissa stannar länge. Vissa fastnar precis vid ytan eller strax under den, medan andra zip upp och ner, ricocheting av den täta kärnan i processen. Detta innebär att vibrationerna är mycket användbar diagnostik av stjärnans förhållanden. Hur gammal är den? Hur många procent av de tyngre elementen simmar runt inuti den? Hur är de olika inre lagren kopplade (eller inte) till varandra?

Den speciella blandningen av ingredienser som går in i en viss stjärna förändrar subtilt de typer av vibrationer som lever på ytan. Det är som stjärnfrenologi men egentligen vetenskap:att studera gupp och vickor på ytan av en stjärna avslöjar dess karaktär.

Det är här datorer kommer in i bilden på ett stort sätt, och varför asteroseismologi är ett relativt nytt område. Vi har inte katalog på katalog av dissekerade, visade stjärnor för att jämföra med levande exemplar. Istället har vi datorer - många av dem. Modell efter modell, vi bakar alla möjliga typer av stjärnor i våra silikonugnar, spänner över intervallet för alla typer av ingångsparametrar som kan hanteras.

Och vi ställer in fysiken också, mixtra och leka med olika teorier om hur stjärnor fungerar på insidan. Hur väl är kärnorna anslutna till atmosfären? Hur viktiga är magnetfält? Vad är förhållandet mellan rotation och värmeöverföring? Viktiga frågor med inte många svar.

Maskinernas uppgång

Dessa omfattande simuleringar av låtsasstjärnor ger oss den nödvändiga "bakkatalogen" att jämföra med observationer. Men observationerna är inte lätta. Vi kan inte observera ytan på de flesta stjärnor – vi kan bara se på avstånd när ljuset från stjärnorna dämpas och ljusnar.

En del av den variationen beror på slumpmässiga uppblossningar eller annan temperamentsfull aktivitet. En del av den variationen beror på att en planet i kretslopp korsar siktlinjen. Och en del av den variationen beror på att ljudvågor slår igenom stjärnan och bubblar upp på ytan, någonsin så lite förändrar ljusstyrkan i stjärnans glans.

Det är här teori möter verklighet, men observationerna är extremt korta (vi får inte observera stjärnorna särskilt länge), och ofullständig (vi kan inte se alla vibrationer på ytan). För att bättre förstå det hela, astronomer utvecklade nyligen en hel maskininlärningspipeline för att jämföra data med modeller.

I denna pipeline, forskarna utbildade ett neuralt nätverk i simuleringarna, så att den kan upptäcka alla subtila samband mellan modellens indataparametrar (stjärnans massa, metalliskt, etc.) och vibrationsmönster på ytan. Sedan, använda den sofistikerade kunskapen, algoritmen kan titta på riktiga stjärnor med verkliga, rörig data och hitta den bästa matchningen i modellerna. Denna teknik är fortfarande i sin linda när det gäller asteroseismologi, men öppnar en lovande framtid för gruvdrift genom stjärnprover, förstå hur stjärnor fungerar på insidan.