恒星也会唱歌？科学家模拟出不同恒星内部发出的声音

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

文 | 诺亚・利奇（Noa Leach）

译 | 李甜甜

编 | 闻静

原文刊载于《科学焦点》杂志 2023 年第 11 期

科学家开发了一种预测恒星固有闪烁亮度的新方法，甚至成功地模拟出了来自恒星核心的声音。听起来，那些大质量恒星似乎在唱着一些奇怪阴森的歌。

恒星固有的闪烁

我们在地球上看到的星星闪烁，是由于恒星的光线在穿过地球大气层时被扭曲了。不同于此，恒星固有的闪烁是由其表面气体波振荡引起的。

气体波源于恒星核心发生的核反应，气体波会从核心向表面移动。在移动过程中，气体波会使周围的气体发生湍流和混乱，使恒星的亮度或增或减，于是便形成了恒星的固有闪烁。然而，靠肉眼或者最新一代强大的地面望远镜都观察不到这种恒星固有的闪烁。

近日，美国伊利诺伊州西北大学科学家领导的一个研究小组发表研究成果，称已经开发出一种新方法，可以对从恒星核心到其表面的气体波进行三维模拟。根据模拟结果，科学家们首次成功确定了给定的恒星的固有闪烁。

发表在《自然・天文学》（Nature Astronomy）期刊上的一篇文章详细介绍了这种新方法。新方法可以帮助我们更详细地了解大质量恒星（比太阳大 1.2 倍以上的恒星）的内部情况。此外，这种方法还有望揭示恒星和星系是如何形成和演化的，并帮助我们探索那些我们赖以生存的元素（如氧）是如何产生的。

“恒星的核心就像海洋一样，波浪汹涌，”这项研究的负责人埃万・安德斯（Evan Anders）博士说，“当气体波到达恒星表面时，恒星就会闪烁。或许有一天，天文学家能直接观测到这种现象。”

恒星的内部区域有很高的研究价值

那么，这个科研小组是如何想到研究那些恒星闪烁的声音的呢？

安德斯和他的团队将三维模拟的结果制作成计算机模型，接着利用这些模型计算不同频率和强度的气体波会引起什么强度的闪烁。将这些计算结果转换成一条音轨，就可以直观地展现出气体波的运动。

然而，由于这些气体波的频率在人类的听觉范围以外，所谓的恒星核心发出的歌声其实是科学家对气体波进行“翻译”的结果 —— 科学家必须提高气体波的频率，才能让人们听得见。

科学家将恒星固有的闪烁声翻译成了清晰而嘹亮的歌声。歌声里伴随着怪异而一直回荡的脉冲，表示不断有气体波从核心向恒星表面运动。

通过研究模拟出来的音频资料，科学家将两个不同时间尺度上的过程结合起来：气体波碰撞周围气体产生的初始湍流，在数周内就会发生，而气体波本身则会回荡数十万年。

在未来，安德斯和他的团队开发的这一新方法或许可以将功能强大的望远镜的关注对象转移到恒星的内部区域，那里是重元素形成的地方，具有非常高的研究价值。

“这项研究提供了一种更直接、简单的方法来搜索恒星的特征，而这些特征在很大程度上被掩盖了，一般情况下，人眼以及功能强大的望远镜都无法观察到，”主要研究声波的天文学家万达・迪亚斯-梅塞德（Wanda Díaz-Merced）告诉《科学焦点》，“我向他们团队表示祝贺！”

不同类型的恒星产生不同的声音

大质量恒星的大小或亮度不同，其核心的气体会产生不同频率和强度的波。从科学家根据不同大质量恒星的气体波模拟的“歌曲”中，我们可以看出这种差异。

大型大质量恒星（质量是太阳的 40 倍）：开始的时候听起来像科幻电影中用射线枪射击的爆破声，后来逐渐变为低沉、有共鸣的震颤声（就像在飞机机舱内听到的喷气发动机的声音）。

中型大质量恒星（质量是太阳的 15 倍）：科学家将经过计算机模拟的中型大质量恒星的音波描述为“风成地貌上持续的嗡嗡声”。

小型大质量恒星（质量是太阳的 3 倍）：小型大质量恒星闪烁的声音是三者中最怪异的，它发出的声音尖锐、哀怨，有点像警笛。

根据以上特征，大家可以推测一下，文章开头的音频对应着哪种大质量恒星。

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