恒星也會唱歌？科學家模擬出不同恒星內(nèi)部發(fā)出的聲音

本文來自微信公眾號：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

文 | 諾亞?利奇（Noa Leach）

譯 | 李甜甜

編 | 聞靜

原文刊載于《科學焦點》雜志 2023 年第 11 期

科學家開發(fā)了一種預測恒星固有閃爍亮度的新方法，甚至成功地模擬出了來自恒星核心的聲音。聽起來，那些大質(zhì)量恒星似乎在唱著一些奇怪陰森的歌。

恒星固有的閃爍

我們在地球上看到的星星閃爍，是由于恒星的光線在穿過地球大氣層時被扭曲了。不同于此，恒星固有的閃爍是由其表面氣體波振蕩引起的。

氣體波源于恒星核心發(fā)生的核反應(yīng)，氣體波會從核心向表面移動。在移動過程中，氣體波會使周圍的氣體發(fā)生湍流和混亂，使恒星的亮度或增或減，于是便形成了恒星的固有閃爍。然而，靠肉眼或者最新一代強大的地面望遠鏡都觀察不到這種恒星固有的閃爍。

近日，美國伊利諾伊州西北大學科學家領(lǐng)導的一個研究小組發(fā)表研究成果，稱已經(jīng)開發(fā)出一種新方法，可以對從恒星核心到其表面的氣體波進行三維模擬。根據(jù)模擬結(jié)果，科學家們首次成功確定了給定的恒星的固有閃爍。

發(fā)表在《自然?天文學》（Nature Astronomy）期刊上的一篇文章詳細介紹了這種新方法。新方法可以幫助我們更詳細地了解大質(zhì)量恒星（比太陽大 1.2 倍以上的恒星）的內(nèi)部情況。此外，這種方法還有望揭示恒星和星系是如何形成和演化的，并幫助我們探索那些我們賴以生存的元素（如氧）是如何產(chǎn)生的。

“恒星的核心就像海洋一樣，波浪洶涌，”這項研究的負責人埃萬?安德斯（Evan Anders）博士說，“當氣體波到達恒星表面時，恒星就會閃爍。或許有一天，天文學家能直接觀測到這種現(xiàn)象?！?/p>

恒星的內(nèi)部區(qū)域有很高的研究價值

那么，這個科研小組是如何想到研究那些恒星閃爍的聲音的呢？

安德斯和他的團隊將三維模擬的結(jié)果制作成計算機模型，接著利用這些模型計算不同頻率和強度的氣體波會引起什么強度的閃爍。將這些計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成一條音軌，就可以直觀地展現(xiàn)出氣體波的運動。

然而，由于這些氣體波的頻率在人類的聽覺范圍以外，所謂的恒星核心發(fā)出的歌聲其實是科學家對氣體波進行“翻譯”的結(jié)果 —— 科學家必須提高氣體波的頻率，才能讓人們聽得見。

科學家將恒星固有的閃爍聲翻譯成了清晰而嘹亮的歌聲。歌聲里伴隨著怪異而一直回蕩的脈沖，表示不斷有氣體波從核心向恒星表面運動。

通過研究模擬出來的音頻資料，科學家將兩個不同時間尺度上的過程結(jié)合起來：氣體波碰撞周圍氣體產(chǎn)生的初始湍流，在數(shù)周內(nèi)就會發(fā)生，而氣體波本身則會回蕩數(shù)十萬年。

在未來，安德斯和他的團隊開發(fā)的這一新方法或許可以將功能強大的望遠鏡的關(guān)注對象轉(zhuǎn)移到恒星的內(nèi)部區(qū)域，那里是重元素形成的地方，具有非常高的研究價值。

“這項研究提供了一種更直接、簡單的方法來搜索恒星的特征，而這些特征在很大程度上被掩蓋了，一般情況下，人眼以及功能強大的望遠鏡都無法觀察到，”主要研究聲波的天文學家萬達?迪亞斯-梅塞德（Wanda Díaz-Merced）告訴《科學焦點》，“我向他們團隊表示祝賀！”

不同類型的恒星產(chǎn)生不同的聲音

大質(zhì)量恒星的大小或亮度不同，其核心的氣體會產(chǎn)生不同頻率和強度的波。從科學家根據(jù)不同大質(zhì)量恒星的氣體波模擬的“歌曲”中，我們可以看出這種差異。

大型大質(zhì)量恒星（質(zhì)量是太陽的 40 倍）：開始的時候聽起來像科幻電影中用射線槍射擊的爆破聲，后來逐漸變?yōu)榈统痢⒂泄缠Q的震顫聲（就像在飛機機艙內(nèi)聽到的噴氣發(fā)動機的聲音）。

中型大質(zhì)量恒星（質(zhì)量是太陽的 15 倍）：科學家將經(jīng)過計算機模擬的中型大質(zhì)量恒星的音波描述為“風成地貌上持續(xù)的嗡嗡聲”。

小型大質(zhì)量恒星（質(zhì)量是太陽的 3 倍）：小型大質(zhì)量恒星閃爍的聲音是三者中最怪異的，它發(fā)出的聲音尖銳、哀怨，有點像警笛。

根據(jù)以上特征，大家可以推測一下，文章開頭的音頻對應(yīng)著哪種大質(zhì)量恒星。

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