Από τους σεισμούς στους αστέρες
Από τους σεισμούς στους αστέρες: Η σεισμολογική έρευνα βοηθά στην κατανόηση της μετανάστευσης των εξωπλανητών.
Ο φοιτητής Jared Bryan μπόρεσε να χρησιμοποιήσει τις γνώσεις του για τη γήινη σεισμολογία για να λύσει ένα μυστήριο εξωπλανήτη σχετικά με το πώς οι θερμοί πλανήτες όπως ο Δίας καταλήγουν τόσο κοντά στα αστέρια που τους φιλοξενούν. «Σκέφτηκα ότι θα ήταν ένας τρόπος να επανεξετάσω τα θεμέλια του τομέα που μελετούσα και εφαρμόστηκαν σε μια νέα περιοχή». Εικόνα: Carlos Villamil και Julien de Wit.
Όταν ο Jared Bryan μιλά για τη σεισμολογική του έρευνα, είναι με μια φυσική φινέτσα. Είναι στο πέμπτο έτος Ph.D. φοιτητής που εργάζεται με τον επίκουρο καθηγητή του MIT William Frank στη σεισμολογική έρευνα, που αντλείται από τον συνδυασμό παρατηρήσεων GPS, δορυφόρων και δεδομένων σεισμικών σταθμών του εργαστηρίου για την κατανόηση της υποκείμενης φυσικής των σεισμών.
Δεν δυσκολεύεται να μιλήσει για τη σεισμική ταχύτητα σε ζώνες ρηγμάτων ή για το πώς άρχισε να ενδιαφέρεται για το πεδίο μετά από καλοκαιρινές πρακτικές στο Κέντρο Σεισμών της Νότιας Καλιφόρνια ως προπτυχιακός φοιτητής.
«Είναι σίγουρα σαν ένα πιο προσγειωμένο είδος σεισμολογίας», το περιγράφει χαριτολογώντας. Είναι ένα περίεργο σχόλιο. Πού αλλού θα μπορούσαν να είναι οι σεισμοί εκτός από τη Γη; Αλλά αυτό συμβαίνει επειδή ο Bryan ολοκλήρωσε ένα ερευνητικό έργο που κατέληξε σε μια νέα εργασία - που δημοσιεύτηκε στο Nature Astronomy - που αφορούσε τη σεισμική δραστηριότητα όχι στη Γη, αλλά στα αστέρια .
Χτίζοντας την περιέργεια
Οι φοιτητές στο Τμήμα Επιστημών Γης, Ατμόσφαιρας και Πλανητών του MIT (EAPS) υποχρεούνται να ολοκληρώσουν δύο ερευνητικά έργα ως μέρος της γενικής τους εξέτασης. Το πρώτο είναι συχνά στο κύριο επίκεντρο της έρευνάς τους και τα θεμέλια αυτού που θα γίνει η διατριβή τους.
Αλλά το δεύτερο έργο έχει μια ειδική απαίτηση: Πρέπει να είναι σε διαφορετική ειδικότητα.
«Το να έχει ενσωματωθεί αυτό στη δομή του διδακτορικού είναι πραγματικά πολύ ωραίο», λέει ο Bryan, ο οποίος δεν γνώριζε την ειδική απαίτηση όταν αποφάσισε να έρθει στο EAPS. «Νομίζω ότι σε βοηθά να χτίσεις την περιέργεια και να βρεις τι είναι ενδιαφέρον για το τι κάνουν οι άλλοι άνθρωποι».
Έχοντας τόσα πολλά διαφορετικά, αλλά ακόμα συναφή, πεδία σπουδών που στεγάζονται σε ένα τμήμα διευκολύνει τους μαθητές με έντονη την αίσθηση της περιέργειας να εξερευνήσουν τις διασυνδεδεμένες αλληλεπιδράσεις της επιστήμης της Γης.
«Νομίζω ότι όλοι εδώ είναι ενθουσιασμένοι με πολλά διαφορετικά πράγματα, αλλά δεν μπορούμε να κάνουμε τα πάντα», λέει ο Frank, ο καθηγητής Γεωφυσικής Ανάπτυξης Καριέρας του Victor P. Starr. «Αυτός είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να κάνετε τους μαθητές να δοκιμάσουν κάτι άλλο που ίσως θα ήθελαν να κάνουν σε μια παράλληλη διάσταση, να αλληλεπιδράσουν με άλλους συμβούλους και να δουν ότι η επιστήμη μπορεί να γίνει με διαφορετικούς τρόπους».
Στην αρχή, ο Bryan ανησυχούσε ότι η φύση του δεύτερου έργου θα ήταν μια περιοριστική παρέκκλιση από την κύρια διδακτορική του έρευνα. Αλλά ο αναπληρωτής καθηγητής Julien de Wit έψαχνε κάποιον με σεισμολογικό υπόβαθρο για να δει μερικές αστρικές παρατηρήσεις που είχε συλλέξει το 2016. Η φωτεινότητα ενός αστεριού πάλλονταν σε μια πολύ συγκεκριμένη συχνότητα που έπρεπε να προκληθεί από αλλαγές στο ίδιο το αστέρι. οπότε ο Μπράιαν αποφάσισε να βοηθήσει.
«Έμεινα έκπληκτος από το πώς το είδος της σεισμολογίας που έψαχνε ήταν παρόμοιο με τη σεισμολογία που κάναμε για πρώτη φορά στη δεκαετία του '60 και του '70, όπως η μεγάλης κλίμακας παγκόσμια σεισμολογία της γης», λέει ο Bryan. «Σκέφτηκα ότι θα ήταν ένας τρόπος να επανεξετάσω τα θεμέλια του τομέα που μελετούσα και εφαρμόστηκαν σε μια νέα περιοχή».
Η μετάβαση από σεισμούς σε αστέρες δεν είναι η σύγκριση ένας προς έναν. Ενώ υπήρχε η θεμελιώδης γνώση, η κίνηση των αστεριών προέρχεται από διάφορες πηγές, όπως ο μαγνητισμός ή το φαινόμενο Coriolis, και σε διάφορες μορφές. Εκτός από τα ηχητικά κύματα και τα κύματα πίεσης των σεισμών, έχουν επίσης κύματα βαρύτητας, τα οποία συμβαίνουν σε κλίμακα πολύ μεγαλύτερης μάζας.
«Πρέπει να τεντώσετε λίγο το μυαλό σας, γιατί δεν μπορείτε πραγματικά να επισκεφτείτε αυτά τα μέρη», λέει ο Bryan. «Είναι μια απίστευτη πολυτέλεια που έχουμε στη σεισμολογία της Γης ότι τα πράγματα που μελετάμε βρίσκονται στους Χάρτες Google».
Αλλά υπάρχουν οφέλη από την προσέλκυση επιστημόνων εκτός ενός τομέα ειδικότητας. Ο De Wit, ο οποίος υπηρέτησε ως επόπτης του Bryan για το έργο και είναι επίσης συγγραφέας στο χαρτί, επισημαίνει ότι φέρνουν μια νέα προοπτική και προσέγγιση θέτοντας μοναδικές ερωτήσεις.
«Τα πράγματα που οι άνθρωποι του πεδίου απλώς θεωρούσαν δεδομένα αμφισβητούνται από τις ερωτήσεις τους», λέει, προσθέτοντας ότι ο Bryan ήταν διαφανής για το τι έκανε και τι δεν ήξερε, επιτρέποντας μια πλούσια ανταλλαγή πληροφοριών.
Κλείδωμα παλιρροϊκού συντονισμού
Ο Μπράιαν τελικά ανακάλυψε ότι οι αλλαγές στη φωτεινότητα του αστεριού προκλήθηκαν από παλιρροϊκό συντονισμό. Ο συντονισμός είναι ένα φυσικό φαινόμενο όπου τα κύματα αλληλεπιδρούν και ενισχύουν το ένα το άλλο. Η πιο συνηθισμένη αναλογία είναι να σπρώχνεις κάποιον σε ένα σετ αιώρησης, όταν το άτομο που σπρώχνει το κάνει ακριβώς την κατάλληλη στιγμή, βοηθά το άτομο στην κούνια να πάει ψηλότερα.
«Ο παλιρροϊκός συντονισμός είναι όπου πιέζετε με την ίδια ακριβώς συχνότητα που ταλαντεύονται και το κλείδωμα συμβαίνει όταν και οι δύο αυτές συχνότητες αλλάζουν», εξηγεί ο Bryan. Αυτός που σπρώχνει την κούνια κουράζεται και σπρώχνει λιγότερο συχνά, ενώ η αλυσίδα της κούνιας αλλάζει μήκος. (Ο Μπράιαν αστειεύεται ότι εδώ η αναλογία αρχίζει να καταρρέει.)
Καθώς ένα αστέρι αλλάζει κατά τη διάρκεια της ζωής του, το κλείδωμα του παλιρροϊκού συντονισμού μπορεί να προκαλέσει στους θερμούς Δίες, που είναι τεράστιοι εξωπλανήτες που περιφέρονται πολύ κοντά στα αστέρια ξενιστές τους, να αλλάξουν τις τροχιακές αποστάσεις. Αυτή η περιπλανώμενη μετανάστευση, όπως την αποκαλούν, εξηγεί πώς μερικοί καυτοί Δίες πλησιάζουν τόσο κοντά στα αστέρια που τους φιλοξενούν. Διαπίστωσαν επίσης ότι η διαδρομή που ακολουθούν για να φτάσουν εκεί δεν είναι πάντα ομαλή. Μπορεί να επιταχύνει, να επιβραδύνει ή ακόμα και να υποχωρήσει.
Ένα σημαντικό συμπέρασμα από το έγγραφο είναι ότι το κλείδωμα παλιρροϊκού συντονισμού θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο ανίχνευσης εξωπλανητών, επιβεβαιώνοντας την υπόθεση του de Wit από την αρχική παρατήρηση του 2016 ότι οι παλμοί είχαν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν με τέτοιο τρόπο. Εάν οι αλλαγές στη φωτεινότητα του αστεριού μπορούν να συνδεθούν με αυτό το κλείδωμα συντονισμού, μπορεί να υποδηλώνει πλανήτες που δεν μπορούν να ανιχνευθούν με τις τρέχουσες μεθόδους.
Όπως παρακάτω, έτσι και πάνω
Οι φοιτητές δεν προχωρούν το έργο τους πέρα από τις απαιτήσεις για τη γενική εξέταση, πόσο μάλλον να βγάλουν ένα χαρτί από αυτό. Στην αρχή, ο Bryan ανησυχούσε ότι η συνέχισή του θα κατέληγε να αποσπά την προσοχή από το κύριο έργο του, αλλά τελικά χάρηκε που αφοσιώθηκε σε αυτό και ήταν σε θέση να συνεισφέρει κάτι σημαντικό στο αναδυόμενο πεδίο της αστεροσεισμολογίας.
«Νομίζω ότι είναι απόδειξη ότι ο Τζάρεντ είναι ενθουσιασμένος με αυτό που κάνει και έχει την ορμή και τον επιστημονικό σκεπτικισμό να έχει κάνει τα επιπλέον βήματα για να βεβαιωθεί ότι αυτό που έκανε ήταν μια πραγματική συνεισφορά στην επιστημονική βιβλιογραφία», λέει ο Φρανκ. «Είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα επιτυχίας και αυτό που ελπίζουμε για τους μαθητές μας».
Ενώ ο de Wit δεν κατάφερε να πείσει τον Bryan να στραφεί μόνιμα στην έρευνα για εξωπλανήτες, είναι «ενθουσιασμένος που υπάρχει η ευκαιρία να συνεχίσουμε να εργαζόμαστε μαζί».
Μόλις τελειώσει το διδακτορικό του, ο Bryan σχεδιάζει να συνεχίσει στον ακαδημαϊκό χώρο ως καθηγητής που διευθύνει ένα ερευνητικό εργαστήριο, στρέφοντας την εστίασή του στη σεισμολογία ηφαιστείων και βελτιώνοντας τα όργανα για το πεδίο. Είναι ανοιχτός στην πιθανότητα να πάρει τα ευρήματά του στη Γη και να τα εφαρμόσει σε ηφαίστεια σε άλλα πλανητικά σώματα, όπως αυτά που βρέθηκαν στην Αφροδίτη και το φεγγάρι του Δία Ιώ.
«Θα ήθελα να είμαι η γέφυρα μεταξύ αυτών των δύο πραγμάτων», λέει.
Γεωδίφης με πληροφορίες από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης
Jared Bryan et al, The coevolution of migrating planets and their pulsating stars through episodic resonance locking, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02351-3. www.nature.com/articles/s41550-024-02351-3
https://news.mit.edu/