新研究首先确定恒星应该天生闪烁多少

许多人都知道，星星之所以会闪烁，是因为我们的大气层使星光在到达地球时发生了弯曲。但恒星也有一种与生俱来的“闪烁”——由其表面气体波纹引起的——这是目前地球上的望远镜无法察觉的。

在一项新的研究中，西北大学领导的研究小组首次对从大质量恒星核心到外表面的能量波动进行了 3D 模拟。利用这些新模型，研究人员首次确定了有多少恒星应该天生闪烁。

而且，该团队还将这些波纹状的气体波转化为声波，这又是一项首次，使听众能够听到恒星内部的声音和“闪烁 ”的声音。它非常令人着迷。

该研究将于 7 月 27 日发表在《自然天文学》杂志上。

“恒星核心的运动会像海洋上的运动一样发射波浪，” 领导这项研究的西北大学埃文·安德斯说。“当波到达恒星表面时，它们会使其以天文学家能够观察到的方式闪烁。我们第一次开发了计算机模型，使我们能够确定恒星因这些波而闪烁的程度。这项工作使未来的太空望远镜能够探测恒星形成我们赖以生存和呼吸的元素的中心区域。”

安德斯是西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心 (CIERA)的博士后研究员 。他的顾问是该研究的合著者 Daniel Lecoanet，他是西北大学麦考密克工程学院 工程科学和应用数学助理教授， 也是 CIERA 成员。

混沌对流

所有恒星都有一个对流区，这是一个狂野而无序的地方，气体在这里搅动，将热量向外推。对于大质量恒星(质量至少是太阳质量的 1.2 倍的恒星)，这个对流区位于它们的核心。

“恒星内部的对流类似于引发雷暴的过程，”安德斯说。“冷空气下降，变暖，然后再次上升。这是一个传递热量的湍流过程。”

它还会产生波浪——小溪流使星光变暗或变亮，产生微妙的闪烁。由于大质量恒星的核心被隐藏起来，安德斯和他的团队试图对它们隐藏的对流进行建模。基于对湍流核心对流特性、波的特征以及这些波可能的观测特征的研究，该团队的新模拟包括所有相关的物理学，以准确预测恒星的亮度如何根据对流产生的波而变化。

“隔音”明星

对流产生波后，这些波在模拟恒星内部反弹。虽然一些波最终出现在恒星表面产生闪烁效果，但其他波则被困住并继续反弹。为了隔离发射到表面的波浪并产生闪烁，安德斯和他的团队构建了一个过滤器来描述波浪如何在模拟内部反弹。

安德斯解释说：“我们首先在恒星周围放置一个阻尼层，就像录音室里的软垫墙一样，这样我们就可以准确测量核心对流如何产生波。”

安德斯将其比作音乐工作室，利用隔音软垫墙壁来最大限度地减少环境声学，以便音乐家可以提取音乐的“纯声音”。然后音乐家应用过滤器并设计这些录音来制作他们想要的歌曲。

同样，安德斯和他的合作者将他们的滤波器应用于他们测量的来自对流核心的纯波。然后，他们跟踪了模型恒星中弹跳的波，最终发现他们的滤波器准确地描述了恒星如何改变来自核心的波。然后，研究人员开发了一种不同的滤波器，用于研究波如何在真实恒星内部反弹。应用此滤波器后，生成的模拟结果显示了天文学家期望通过强大的望远镜观察时波会如何出现。

安德斯说：“恒星会变得更亮或更暗，这取决于恒星内部动态发生的各种事情。” “这些波浪引起的闪烁非常微妙，我们的眼睛不够敏感，无法看到它。但未来强大的望远镜也许能够探测到它。”

音乐中的星星

安德斯和他的合作者将录音室的类比更进一步，接下来使用他们的模拟来生成声音。由于这些波超出了人类的听觉范围，研究人员统一提高了这些波的频率，使其能够被听见。

根据大质量恒星的大小或亮度，对流会产生与不同声音相对应的波。例如，从一颗大恒星的核心发出的波浪发出的声音就像一把扭曲的射线枪，炸穿了外星景观。但当波到达恒星表面时，恒星会改变这些声音。对于一颗大恒星，类似射线枪的脉冲会转变为低回声，在空荡荡的房间里回荡。另一方面，中等大小恒星表面的波浪会让人联想到风吹过的地形上持续发出的嗡嗡声。小恒星上的表面波听起来就像天气警报器发出的悲伤警报。

接下来，安德斯和他的团队将歌曲传递给不同的明星，听听明星如何改变歌曲。 他们通过三种尺寸(大、中、小)的大质量恒星传递了一段 来自“木星”(作曲家古斯塔夫·霍尔斯特的“行星”管弦组曲的乐章)和 “一闪一闪亮晶晶”的简短音频片段。当通过星星传播时，所有歌曲听起来都遥远而令人难以忘怀——就像《爱丽丝梦游仙境》中的歌曲一样。

“我们很好奇，如果一首歌通过恒星传播，听起来会是什么样子，”安德斯说。“星星改变了音乐，相应地，如果我们看到它们在恒星表面闪烁，也会改变波浪的外观。”

这项名为“核心对流激发的重力波导致大质量恒星的光度变化”的研究得到了 CIERA、NASA 和国家科学基金会的支持。