Аспирант Джаред Брайан смог использовать свои знания сейсмологии Земли, чтобы разгадать загадку экзопланеты: как горячие юпитеры оказались так близко к своим родительским звездам? «Я подумал, что это будет возможность переосмыслить основы области, которую я изучал, и применить их в новом регионе». Фото предоставлено: Фото слева предоставлено Джаредом Брайаном. На фото справа: Карлос Вильямиль и Жюльен де Вит.
Когда Джаред Брайан рассказывает о своих сейсмологических исследованиях, он делает это с естественной утонченностью. Он аспирант пятого курса, работающий над сейсмологическими исследованиями под руководством доцента Массачусетского технологического института Уильяма Франка. Его привлекло сочетание данных GPS-наблюдений, спутников и сейсмических станций, которые лаборатория использует для понимания основной физики землетрясений.
У него нет проблем с рассказом о сейсмических скоростях в зонах разломов или о том, как он заинтересовался этой областью после завершения летней стажировки в Центре землетрясений Южной Калифорнии, будучи студентом.
«Это определенно более приземленный вид сейсмологии», — шутит он. Это странный комментарий. Где еще могли быть землетрясения, как не на Земле? Но причина в том, что Брайан завершил исследовательский проект, кульминацией которого стала новая статья, опубликованная сегодня в журнале Nature Astronomy, посвященная сейсмической активности не на Земле, а на звездах.
Пробудить любопытство
Аспиранты факультета наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS) должны выполнить два исследовательских проекта в рамках общего экзамена. Первое часто является целью их исследования и основой для их последующих диссертаций.
Однако ко второму проекту есть особое требование: он должен относиться к другой предметной области.
«Встроить это в структуру докторской диссертации очень, очень приятно», — говорит Брайан, который не знал об уникальных требованиях, когда решил прийти в EAPS. «Я думаю, это помогает проявить любопытство и узнать, что интересного в деятельности других людей».
Объединение такого большого количества различных, но связанных между собой областей обучения на одном факультете облегчает чрезвычайно любознательным студентам изучение взаимосвязей наук о Земле.
«Я думаю, что всех здесь волнует множество разных вещей, но мы не можем сделать все», — говорит Фрэнк, профессор геофизики Виктора П. Старра. «Это позволяет студентам попробовать то, чем они, возможно, хотели бы заниматься в параллельном измерении. Они могут взаимодействовать с другими консультантами и показывать им, что наукой можно заниматься по-разному».
Поначалу Брайан беспокоился, что второй проект отвлечет его от настоящей докторской работы. Но доцент Жюльен де Вит искал человека с опытом работы в сейсмологии, чтобы изучить некоторые наблюдения за звездами, которые он собрал в 2016 году. Яркость звезды пульсировала с очень специфической частотой, которая, должно быть, была вызвана изменениями в самой звезде, поэтому Брайан решил помочь.
«Я был удивлен тем, насколько тот вид сейсмологии, который он искал, был похож на сейсмологию, которую мы впервые занимались в 60-х и 70-х годах, например, крупномасштабную глобальную сейсмологию Земли», — говорит Брайан. «Я подумал, что это будет возможность переосмыслить основы области, которую я изучал, и применить их в новом регионе».
Сравнивать землетрясения со звездотрясениями невозможно однозначно. Хотя базовые знания были, движение звезд имеет разные причины, такие как магнетизм или эффект Кориолиса, и может происходить в разных формах. Помимо звуковых волн и волн давления от землетрясений, существуют также гравитационные волны, которые возникают в гораздо более массивных масштабах.
«Вам придется приложить немного усилий, потому что вы не сможете по-настоящему посетить эти места», — говорит Брайан. «Тот факт, что то, что мы изучаем, можно найти на Картах Google, — это невероятная роскошь, которой мы обладаем в сейсмологии Земли».
Однако есть преимущества в привлечении ученых, которые не работают в конкретной области. Де Вит, который был руководителем проекта Брайана и также является автором статьи, отмечает, что они привносят свежий взгляд и подход через свои уникальные вопросы.
«То, что люди в этой области считают само собой разумеющимся, подвергается сомнению их вопросами», — говорит он, добавляя, что Брайан открыто говорил о том, что он знал и чего не знал, что позволило обеспечить глубокий обмен информацией.
Барьер приливного резонанса
В конце концов Брайан обнаружил, что изменения яркости звезды были вызваны приливным резонансом. Резонанс — это физическое явление, при котором волны взаимодействуют и усиливают друг друга. Самая распространенная аналогия – человек, качающийся на качелях. Если толкающий человек сделает это в нужный момент, это поможет тому, кто на качелях, подняться выше.
«Приливный резонанс возникает, когда вы нажимаете на ту же частоту, с которой они вибрируют, а блокировка происходит, когда обе частоты меняются». Брайан объясняет: Человек, толкающий качели, устает и реже трясется, когда цепь качелей меняет длину. (Брайан шутит, что аналогия здесь больше не работает.)
Поскольку звезда меняется в течение своей жизни, приливной резонанс может привести к тому, что горячие Юпитеры, массивные экзопланеты, вращающиеся очень близко к своим родительским звездам, изменят свои орбиты. Эта так называемая блуждающая миграция объясняет, почему некоторые горячие Юпитеры подходят так близко к своим звездам-хозяевам. Они также обнаружили, что путь к этому не всегда гладок. Оно может ускоряться, замедляться или даже возвращаться назад.
Важный вывод из статьи заключается в том, что приливный резонанс можно использовать как средство обнаружения экзопланет. Это подтверждает гипотезу де Вита, основанную на первоначальном наблюдении 2016 года, о том, что пульсации могут быть использованы таким образом. Если изменения в яркости звезды можно связать с этой блокировкой резонанса, это может указывать на планеты, которые невозможно обнаружить с помощью нынешних методов.
Как внизу, так и вверху
Большинство докторантов EAPS не продвигают свой проект дальше общих экзаменационных требований, не говоря уже о том, чтобы превратить его в реферат. Поначалу Брайан беспокоился, что продолжение проекта отвлечет его от основной работы, но в конечном итоге был рад, что взялся за него и смог внести что-то значимое в развивающуюся область астеросейсмологии.
«Я думаю, это свидетельство того, что Джаред увлечен своей работой и что у него есть стремление и научный скептицизм, чтобы предпринять дополнительные шаги, чтобы гарантировать, что то, что он делает, вносит реальный вклад в научную литературу». — говорит Фрэнк. «Он является отличным примером успеха и того, чего мы хотим для наших студентов».
Хотя де Вит не смог убедить Брайана навсегда заняться исследованием экзопланет, он «взволнован возможностью продолжить совместную работу».
После получения докторской степени Брайан планирует продолжить работу в академических кругах в качестве профессора и возглавить исследовательскую лабораторию. Он сосредоточит свое внимание на вулканической сейсмологии и совершенствовании приборов для этой области. Он открыт для возможности применения своих результатов с Земли к вулканам на других планетах, например, на Венере и спутнике Юпитера Ио.
«Я хочу быть мостом между этими двумя вещами», — говорит он.
Информация от: Массачусетским технологическим институтом.
