星震学

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太陽内部の定在波

星震学(Asteroseismology)は、周波数スペクトルの解釈によって脈動星の内部構造を研究する科学である。異なった振動モードは、恒星の中を異なる深さまで到達する。このような振動は、地震学地球の内部を研究する要領で、見えない恒星内部の情報を与えてくれる。

星震学は、恒星の内部構造を見るためのツールである。脈動周期は波が発生し、伝わった領域の密度プロファイルの情報を与えてくれる。スペクトルは、化学組成の情報を与えてくれる。その両方を用いることで、内部構造の情報を得ることができる。

振動[編集]

恒星の振動は、熱エネルギー運動エネルギーに変換されることによって生じる。この過程は、温度が高いときに熱が吸収され、低い時に放出される熱機関の原理に類似している。恒星の主要な機構は、放射エネルギーの表層での脈動エネルギーへの変換である。結果として生じた振動は、それほど大きくないと考えられ、そのため恒星の独立と球対称の形は保たれる。連星系では、恒星潮汐が恒星の振動に大きな影響を与える。星震学の1つの応用は、中性子星である。その内部構造は直接観測できないが、中性子振動の研究から推測されている。

波のタイプ[編集]

太陽に似た恒星の波は、3つの異なるタイプに分けられる。

  • 音響または圧力(p)モード - 恒星の内部圧力の変化に由来し、その動きは局所的な音速によって決まる。
  • 重力(g)モード - 浮力に由来する。
  • 表面重力(f)モード - 恒星表面に沿った海の波と同種のもの。

プロキシマ・ケンタウリのように太陽に似た恒星では、pモードが最も目立ち、gモードは対流圏に限定される。しかし、白色矮星ではgモードが見られる。

日震学[編集]

日震学は、太陽に焦点を当てた星震学である。太陽の振動は外層の対流によって励起され、他の恒星の太陽類似振動は、星震学の新しい分野である。

宇宙探査ミッション[編集]

活動中のいくつかの探査機は、星震学の調査をミッションの大きな目的としている。

  • MOST - 2003年に打ち上げられたカナダの探査機。星震学のための最初の探査機。
  • COROT - 2006年に打ち上げられたフランス主導の欧州宇宙機関(ESA)の惑星探査機。
  • WIRE - 1999年に打ち上げられたアメリカ航空宇宙局(NASA)の探査機。失敗した赤外線望遠鏡は、現在星震学のために用いられている。
  • SOHO - 1995年に打ち上げられた太陽観測のための探査機。ESAとNASAの合同。
  • ケプラー - 2009年に打ち上げられた太陽系外惑星探査機。現在は、星震学の調査を行っている。

赤色巨星と星震学[編集]

赤色巨星は、核での水素核融合が終わった後の恒星の進化上の後期段階にある恒星である。恒星の外層は200倍にも拡張し、核は収縮する。しかし、2つの異なった段階があり、核の外の層での水素核融合が残っているが核にヘリウムがない最初の段階と、核がヘリウム核融合が始まる温度になる後の段階に分かれる。以前は、これら2つの段階は恒星のスペクトルを観測することで区別することができず、段階の詳細は不明であった。ケプラーのミッションにより、比較的赤色巨星に近い数百の恒星の星震学が研究され、2つの段階の区別が可能となった。水素殻燃焼をする恒星のgモードの周期は50秒以内で、ヘリウム燃焼をする恒星の周期は100秒以内から300秒であった。角モーメントの保存から、外層の拡張と核の収縮により、核の自転は速くなり、外層の自転は遅くなることが推測された。星震学は、核の自転は少なくとも表面より10倍速くなることが示された。さらに星震学の観測を行うことで、それまで分かっていなかった恒星の進化の詳細を解明する手助けとなった。