“闪烁”的星星听起来像什么？听一听。

许多人都知道恒星似乎在闪烁，因为我们的大气层在星光传播到地球时会弯曲。但恒星也有一种与生俱来的“闪烁”——由表面的气体波荡漾引起——这是目前地球上的望远镜无法察觉的。

在一项新的研究中，西北大学领导的一个研究小组开发了第一个能量从大质量恒星核心到其外表面的3D模拟。利用这些新模型，研究人员首次确定了有多少恒星天生应该闪烁。

而且，在另一个第一次中，该团队还将这些涟漪般的气体波转换为声波，使听众能够听到恒星内部和“闪烁”的声音。它令人着迷。

这项研究于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一样发射波浪，”领导这项研究的西北大学的埃文安德斯说。“当波到达恒星表面时，它们使它以天文学家可能能够观察到的方式闪烁。我们首次开发了计算机模型，使我们能够确定恒星应该因这些波而闪烁多少。这项工作使未来的太空望远镜能够探测恒星锻造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。他由研究合著者Daniel Lecoanet提供建议，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的成员。

热量产生波浪，产生闪烁

所有恒星都有一个对流区，一个狂野而无序的地方，气体搅动以将热量向外推。对于大质量恒星（至少是太阳质量的1.2倍的恒星），这个对流带位于它们的核心。

“恒星内的对流类似于助长雷暴的过程，”安德斯说。“冷却的空气下降，变暖并再次上升。这是一个传输热量的湍流过程。

它还会产生波浪——小溪流，使星光变暗和变亮，产生微妙的闪烁。由于大质量恒星的核心被遮蔽在视线之外，安德斯和他的团队试图模拟它们隐藏的对流。基于检查湍流核心对流特性，波的特征以及这些波的可能观测特征的研究，该团队的新模拟包括所有相关物理学，以准确预测恒星的亮度如何根据对流产生的波而变化。

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以产生闪烁效应，但其他波被困并继续反弹。为了隔离发射到表面并产生闪烁的波，Anders和他的团队建立了一个过滤器，描述了波如何在模拟中反弹。

“我们首先在恒星周围放了一个阻尼层 – 就像你在录音室里的软垫墙一样 – 这样我们就可以准确地测量核心对流如何产生波浪，”安德斯解释说。

Anders将其比作音乐工作室，后者利用隔音软垫墙来最小化环境的声学效果，以便音乐家可以提取音乐的“纯净声音”。然后，音乐家应用过滤器并设计这些录音，以制作他们想要的歌曲。

同样，安德斯和他的合作者将他们的过滤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浪，最终发现他们的过滤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过滤器，用于波应该如何在真正的恒星内部反弹。应用此过滤器后，由此产生的模拟显示了天文学家期望通过强大的望远镜观察波的情况。

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

想想音乐工作室的隔音过程

将录音室的类比更进一步，Anders和他的合作者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，研究人员均匀地增加了波的频率，使它们可以听到。

根据大质量恒星的大小或亮度，对流会产生对应于不同声音的波。例如，从一颗大恒星的核心产生的波浪发出的声音就像一把扭曲的射线枪，在外星景观中爆炸。但是当波到达恒星表面时，恒星会改变这些声音。对于一颗大恒星来说，射线枪般的脉冲会变成一个低回声，在空荡荡的房间里回荡。另一方面，中型恒星表面的波浪让人联想到在风吹拂的地形中持续嗡嗡作响的图像。小恒星上的表面波听起来像是气象警报器的警报。

接下来，安德斯和他的团队通过不同的星星传递歌曲，听星星如何改变歌曲。他们传递了“木星”（作曲家古斯塔夫·霍尔斯特（Gustav Holst）的“行星”管弦乐组曲中的乐章）和“闪烁，闪烁，小星星”（上图）的简短音频剪辑，穿过三个大小的大质量恒星。当通过星星传播时，所有的歌曲听起来都遥远而令人难以忘怀——就像《爱丽丝梦游仙境》中的东西一样。

“我们很好奇，如果听到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，就会改变波浪的样子。