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天體物理學家模擬恆星聲音來揭示其秘密!

聲音可能無法在真空中傳播,但這並不能阻止恆星發出亞音速的交響樂,因為它們的核熔爐會產生複雜振動,望遠鏡可以通過恆星表面亮度或溫度的波動來觀測這些振動。了解這些振動,我們就能更多地了解恆星的內部結構,否則就看不見了。威斯康星大學麥迪遜天文系的研究生傑奎琳戈爾茨坦說:大提琴聽起來像大提琴,因為它的大小和形狀,恆星的振動也取決於大小和結構。在研究工作中,戈德斯坦通過開發軟體來模擬不同的恆星及其頻率,研究恆星結構和振動之間的聯繫。

當將模擬結果與真實的恆星進行比較時,戈德斯坦可以改進她的模型,並通過觀察恆星的細微聲音。隨著頻率在幾分鐘到幾天內重復出現,必須將恆星振動加速一千到一百萬次,才能使它們進入人類的聽覺範圍。這些混響可能最準確地被稱為星震,以它們在地球上的地震表親命名,這個研究領域叫做天體地震學。當恆星將氫熔合成核心中較重的元素時,熱等離子氣體會發生振動,導致恆星閃爍。這些波動可以告訴研究人員恆星的結構以及它將如何隨著恆星年齡的增長而變化。

戈爾茨坦研究的恆星比太陽還要大,這些大質量會爆炸,會形成黑洞、中子星以及宇宙中所有構成行星的重元素,從本質上說,還會形成新生命。我們想了解它們是如何運行的,以及它們如何影響宇宙的演化,所以這些都是大問題。戈爾茨坦與天文學教授裡奇·湯森(Rich Townsend)和艾倫·茨維貝爾(Ellen Zweibel)合作,開發了一個名為GYRE的程序,與模擬恆星的程序MESA相連接。戈德斯坦利用這個軟體構建了各種恆星的模型,以觀察振動對天文學家來說可能是什麽樣子,然後檢查模擬和現實的匹配程度。當把預測的振動模式和觀察到的振動模式進行比較時,如果它們是相同的,那麽很好,恆星內部就像那些真實恆星的內部一樣。

如果它們是不同的,通常情況下,這給我們提供了信息,需要改進我們的模擬和測試。GYRE和MESA都是開源程序,這意味著科學家可以自由訪問和修改代碼。每年,約有40至50人參加加州大學聖巴巴拉分校(University of Califor年, Santa Barbara)梅薩暑期學校(MESA summer school),學習如何使用該項目,並進行頭腦風暴改進。Goldstein和團隊從所有這些建議修改和修複MESA和他們自己程序中錯誤的用戶中獲益。也得到了另一群科學家——行星獵人的支持。有兩件事可以使恆星的亮度波動:內部振動或行星經過恆星前,隨著對系外行星研究不斷增加

Goldstein獲得了大量關於恆星波動的新數據,這些數據來自於對遙遠恆星的調查。最新的系外行星搜尋者是一架名為TESS的望遠鏡,該望遠鏡於去年發射進入軌道,對距離地球最近、最亮的20萬顆恆星進行了觀測。苔絲號(TESS)所做的就是看著整個天空,因此,將能夠對我們周圍所能看到的所有恆星,判斷它們是否在振動。如果是的話,就能研究它們的振動,了解地表下發生了什麽。Goldstein現在正在開發一個新的GYRE版本來利用TESS數據。有了它,將開始模擬這支強大的恆星樂隊。通過這些模擬,我們也許能夠通過監聽來收集更多關於我們宇宙鄰居的信息。

博科園-科學科普|研究/來自: 威斯康星大學麥迪遜分校/Eric Hamilton

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