Astrosismología - la sismología de las estrellas
Para el no-astrónomo puede parecer extraño que exista algo como 'sismología' de estrellas. Después de todo, la sismología se conoce por ser un método de investigación del interior de nuestra Tierra, utilizando instrumentos instalados en su superficie, llamados sismómetros. Los sismómetros miden desplazamientos en el suelo con una precisión extremadamente alta. Estos desplazamientos están causados por ondas acústicas (o 'sísmicas') que están viajando por el interior de la Tierra.
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La fuente de estas ondas son terremotos o explosiones artificiales. Como son ondas acústicas, su velocidad de propagación corresponde a la velocidad del sonido en su medio. Esta velocidad depende de la temperatura y de la presión en el interior de la Tierra. La señal sísmica de un evento (como una explosión) puede venir a través de diferentes ondas sísmicas, que han recorrido vías diferentes, con reflexiones diferentes en capas del interior de la Tierra o en la superficie (Fig. 1). Casi todo lo que sabemos sobre el interior de la Tierra se ha aprendido gracias a las ondas sísmicas.
Fig. 2. Modos de oscilación de una cuerda. La oscilación básica con la frequencia más baja está dibujada abajo; arriba están la primera, segunda y tercera de los infinitos armónicos posibles.
Estos modos de oscilación son parecidos a los modos de vibración en una cuerda (Fig. 2) , donde hay una frequencia base e infinitos armónicos con frequencias más altas. Dentro de una estrella se pueden formar armónicos en varias direcciones, definidos por los coeficientes l,m,p. Las frecuencias de los modos de oscilación indican la velocidad del sonido durante el viaje de las ondas sísmicas por el interior de la estrella. Con una 'colección' de armónicos, se puede medir la velocidad y, por lo tanto, la temperatura y presión en varios lugares de las profundidades de una estrella (Fig.3). La detección de modos de oscilación sísmicos ha sido muy importante para la verificación de las teorías sobre la estructura (densidad, temperatura, presión y composición a varias profundidades) del interior del Sol. |
Fig 1. Típicas vías de ondas sísmicas de un terremoto en el interior de la Tierra. (Origen: USGS)
Lo sorprendente es que es posible detectar ondas sísmicas también dentro de las estrellas, aunque no es posible poner ningún instrumento en su superficie. Primero, al contrario de la Tierra - un cuerpo sólido - las estrellas son grandes bolas de gas. Hace casi 30 años, se detectó que la superficie del Sol está subiendo y bajando rítmicamente con periodos de unos minutos y con velocidades de unos metros por segundo, así que el Sol presenta unas vibraciones permanentes. Estos movimientos rítmicos son la consecuencia de ondas sísmicas en el interior del Sol, iniciadas por movimientos interiores de gases a gran escala. Al contrario de las ondas sísmicas de la Tierra, las ondas del interior del Sol no pierden su energía y están reflejándose contínuamente dentro de la estrella. Las vibraciones en el Sol pueden aparecer con una multitud de modos, cada uno con su frecuencia y reflexión específica.
Fig 3. Ondas sísmicas en el interior de una estrella. Las ondas en los dos modos dibujados (con diferentes coeficientes 'l') entran hasta profundidades diferentes. |
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Fig 4. Sección de una estrella oscilando en un modo alto en l y en n (ver modos de oscilación). Los colores indican zonas frías y calientes, corespondientes a zonas de alta y baja presión, causadas por ondas sísmicas. El logotipo del proyecto CoRoT es una estrella oscilando en un modo de bajo l. |
Para la verificación de modelos teóricos de la estructura de cualquier tipo de estrellas existe un elevado interés en la detección de sus modos de oscilación. En el caso del Sol se ha podido detectar el movimiento sísmico directamente, observando cómo suben y bajan regiones de su superficie, pero eso no es posible en otras estrellas debido a su distancia. Pero la compresión y expansión causadas por las ondas sísmicas da lugar a cambios de temperatura y por lo tanto de brillo (Fig. 4). En otras estrellas sólo podemos medir el cambio del brillo integral, que es la suma de cambios de brillos de zonas de bajas y altas temperaturas en su superficie. Los cambios del brillo integrales son muy pequeños, del orden de una parte en 10000. Cambios de brillo tan pequeños sólo se pueden medir desde un telescopio espacial, que es la motivación principal para la realización del proyecto CoRoT. |
* La astrosismología es la técnica más desarrollada para el estudio de los interiores estelares *
Animaciones de estrellas en varios modos de oscilación.
Explicación más detallada de los modos de oscilación.
Ver diagrama de propagación para más información sobre cómo se puede conocer el interior estelar a través del estudio de las frecuencias de oscilación.
