恒星也會(huì)唱歌？科學(xué)家模擬出不同恒星內(nèi)部發(fā)出的聲音

本文來(lái)自微信公眾號(hào)：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(xué)焦點(diǎn)》雜志 2023 年第 11 期

科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種預(yù)測(cè)恒星固有閃爍亮度的新方法，甚至成功地模擬出了來(lái)自恒星核心的聲音。聽(tīng)起來(lái)，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?cè)诘厍蛏峡吹降男切情W爍，是由于恒星的光線(xiàn)在穿過(guò)地球大氣層時(shí)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(huì)從核心向表面移動(dòng)。在移動(dòng)過(guò)程中，氣體波會(huì)使周?chē)臍怏w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(qiáng)大的地面望遠(yuǎn)鏡都觀察不到這種恒星固有的閃爍。

近日，美國(guó)伊利諾伊州西北大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組發(fā)表研究成果，稱(chēng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新方法，可以對(duì)從恒星核心到其表面的氣體波進(jìn)行三維模擬。根據(jù)模擬結(jié)果，科學(xué)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(xué)》（Nature Astronomy）期刊上的一篇文章詳細(xì)介紹了這種新方法。新方法可以幫助我們更詳細(xì)地了解大質(zhì)量恒星（比太陽(yáng)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(lài)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(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人埃萬(wàn)?安德斯（Evan Anders）博士說(shuō)，“當(dāng)氣體波到達(dá)恒星表面時(shí)，恒星就會(huì)閃爍。或許有一天，天文學(xué)家能直接觀測(cè)到這種現(xiàn)象?！?/p>

恒星的內(nèi)部區(qū)域有很高的研究?jī)r(jià)值

那么，這個(gè)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(tuán)隊(duì)將三維模擬的結(jié)果制作成計(jì)算機(jī)模型，接著利用這些模型計(jì)算不同頻率和強(qiáng)度的氣體波會(huì)引起什么強(qiáng)度的閃爍。將這些計(jì)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(yùn)動(dòng)。

然而，由于這些氣體波的頻率在人類(lèi)的聽(tīng)覺(jué)范圍以外，所謂的恒星核心發(fā)出的歌聲其實(shí)是科學(xué)家對(duì)氣體波進(jìn)行“翻譯”的結(jié)果 —— 科學(xué)家必須提高氣體波的頻率，才能讓人們聽(tīng)得見(jiàn)。

科學(xué)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(yùn)動(dòng)。

通過(guò)研究模擬出來(lái)的音頻資料，科學(xué)家將兩個(gè)不同時(shí)間尺度上的過(guò)程結(jié)合起來(lái)：氣體波碰撞周?chē)鷼怏w產(chǎn)生的初始湍流，在數(shù)周內(nèi)就會(huì)發(fā)生，而氣體波本身則會(huì)回蕩數(shù)十萬(wàn)年。

在未來(lái)，安德斯和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的這一新方法或許可以將功能強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡的關(guān)注對(duì)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?jī)r(jià)值。

“這項(xiàng)研究提供了一種更直接、簡(jiǎn)單的方法來(lái)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(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡都無(wú)法觀察到，”主要研究聲波的天文學(xué)家萬(wàn)達(dá)?迪亞斯-梅塞德（Wanda Díaz-Merced）告訴《科學(xué)焦點(diǎn)》，“我向他們團(tuán)隊(duì)表示祝賀！”

不同類(lèi)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(huì)產(chǎn)生不同頻率和強(qiáng)度的波。從科學(xué)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(yáng)的 40 倍）：開(kāi)始的時(shí)候聽(tīng)起來(lái)像科幻電影中用射線(xiàn)槍射擊的爆破聲，后來(lái)逐漸變?yōu)榈统?、有共鳴的震顫聲（就像在飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)聽(tīng)到的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音）。

中型大質(zhì)量恒星（質(zhì)量是太陽(yáng)的 15 倍）：科學(xué)家將經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)模擬的中型大質(zhì)量恒星的音波描述為“風(fēng)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(yáng)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(diǎn)像警笛。

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

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