許多人都知道，恆星之所以會閃爍，是因為我們的大氣層在星光到達地球時會使其彎曲。但是，恆星也有一種天生的”閃爍”–由其表面的氣體波紋引起–這是目前地球上的望遠鏡無法察覺的。在一項新的研究中，由西北大學領導的研究小組首次開發了能量從一顆大質量恆星的內核蕩漾到外表面的三維模擬。利用這些新模型，研究人員首次確定了恆星天生應該閃爍的程度。

美國西北大學（Northwestern University）的科學家們首次開發了三維模擬技術，研究從一顆大質量恆星的內核到外表面的能量漣漪，為了解恆星固有的”閃爍”提供了新的視角。研究小組也將這些波轉換成聲音，使聽眾能夠”聽到”恆星內部及其自然閃爍的聲音。資料來源：EH Anders et al.

研究團隊也首次將這些氣體波紋轉換成聲波，使聽眾能夠聽到恆星內部和”閃爍”的聲音。這真是太迷人了。這項研究發表在《自然-天文學》雜誌。領導這項研究的西北大學埃文-安德斯（Evan Anders）說：「恆星內核的運動會像海洋一樣掀起波浪。當波浪到達恆星表面時，它們會使恆星閃爍，而天文學家或許能夠觀測到這種閃爍。我們首次開發了電腦模型，讓我們能夠確定恆星在這些波的作用下閃爍的程度。這項工作使未來的太空望遠鏡能夠探測恆星鍛造我們賴以生存和呼吸的元素的中心區域。”安德斯是西北大學天文物理學跨學科探索與研究中心（CIERA）的博士後研究員。研究報告的共同作者、西北大學麥考密克工程學院工程科學與應用數學助理教授、CIERA成員丹尼爾-萊科阿內（Daniel Lecoanet）為他提供指導。三維模擬大型恆星內核（中）的湍流對流如何產生波紋，波紋向外蕩漾，並在恆星表面附近產生共振。透過研究振動引起的恆星亮度變化，科學家有朝一日可以更了解大型恆星核心深處的過程。圖片來源：EH Anders 等/《自然-天文學》2023所有恆星都有一個對流區，這是一個揮發性的混亂區域，氣體在這裡攪動，將熱量向外推送。對於大質量恆星（質量至少是太陽的1.2 倍）來說，對流區位於恆星的核心。恆星內部的對流類似於助長雷暴的過程。冷卻的空氣下降、升溫、再上升。這是一個輸送熱量的湍流過程。它還會產生波浪–導致星光變暗和變亮的小溪流，產生微妙的閃爍。由於大質量恆星的內核被遮擋住了，安德斯和他的團隊試圖模擬它們隱藏的對流。在研究了湍流內核對流的特性、波的特徵以及這些波可能具有的觀測特徵的基礎上，研究小組的新模擬包含了所有相關的物理知識，能夠準確預測恆星的亮度如何根據對流產生的波而發生變化。對流產生波之後，這些波會在模擬恆星內部反彈。有些波最終會出現在恆星表面，產生閃爍效果，而有些波則會被困住，繼續四處彈跳。為了分離發射到表面並產生閃爍效果的波，安德斯和他的團隊建立了一個濾波器，用來描述波在模擬恆星內部是如何反彈的。安德斯解釋說：”我們首先在恆星周圍放了一層阻尼層–就像錄音室裡的軟墊牆一樣–這樣我們就能準確測量核心對流是如何產生波浪的。”安德斯將其比作音樂工作室，利用隔音軟墊牆將環境的聲學效果降至最低，這樣音樂家就能提取音樂的”純淨聲音”。然後，音樂家們會使用濾波器並對這些錄音進行工程處理，以達到他們想要的效果。透過三種尺寸的大質量恆星播放古斯塔夫-霍爾斯特的《木星》。資料來源：美國西北大學同樣，安德斯和他的合作者將他們的濾波器應用於他們測量到的從對流核心傳出的純波。然後，他們追蹤了在一顆模型恆星中跳動的波，最終發現他們的濾波器準確地描述了恆星如何改變來自內核的波。隨後，研究人員開發了一種不同的濾波器，用於描述波在真實恆星內部的反彈情況。在應用這種濾波器後，所得到的模擬結果顯示了天文學家期望透過高功率望遠鏡觀測時波浪出現的方式。安德斯說：「恆星變亮或變暗取決於恆星內部發生的各種動態變化。這些波引起的閃爍非常微妙，我們的眼睛不夠靈敏，無法看到。但未來強大的望遠鏡或許能夠探測到它。”安德斯和他的合作者將錄音室的類比向前推進了一步，接下來他們利用模擬產生了聲音。由於這些波超出了人類的聽覺範圍，研究人員均勻地提高了波的頻率，使它們變得清晰可聞。根據大質量恆星的大小或亮度，對流產生的波對應不同的聲音。例如，從一顆大恆星的內核中產生的波，發出的聲音就像一把扭曲的射線槍，轟擊外星景觀。但當這些波到達恆星表面時，恆星會改變這些聲音。對於大型恆星來說，類似射線槍的脈衝會轉變為低沉的迴聲，在空曠的房間裡迴盪。另一方面，中型恆星表面的波浪會讓人聯想到風吹地動時發出的持續的嗡嗡聲。而小恆星表面的波浪聽起來就像是天氣警報器發出的平淡警報聲。透過三種大小的大質量恆星播放《小星星》的視覺效果。資料來源：美國西北大學接下來，安德斯和他的團隊透過不同的星星播放歌曲，聆聽星星如何改變歌曲。他們將”木星”（作曲家古斯塔夫-霍爾斯特的管弦樂組曲”行星”中的一個樂章）和”一閃一閃亮晶晶”的簡短音頻片段穿過三種大小（大、中、小）的大質量恆星。在恆星中傳播時，所有歌曲聽起來都遙遠而纏綿–就像《愛麗絲夢遊仙境》中的歌曲。安德斯說：”我們很好奇，如果一首歌通過恆星傳播，聽起來會是怎樣的。恆星改變了音樂，相應地，也改變瞭如果我們看到波浪在恆星表面閃爍時的樣子。”