Chimia Soarelui. O enigmă veche de zeci de ani despre compoziția stelei noastre, în sfârșit elucidată

Astronomii au rezolvat, în sfârșit, conflictul dintre structura internă a Soarelui, așa cum a fost determinată de oscilațiile solare, și structura derivată din teoria fundamentală a evoluției stelare. Noile calcule ale spectrului solar rezolvă o controversă de un deceniu privind compoziția stelei noastre.

Deși Soarele nostru este mult mai aproape decât orice altă stea din Univers, el are încă misterele sale, iar astronomii tocmai au rezolvat criza abundenței solare, care durează de un deceniu: conflictul dintre structura internă a Soarelui, așa cum a fost determinată de oscilațiile solare și structura derivată din teoria fundamentală a evoluției stelare, care, la rândul ei, se bazează pe măsurători ale compoziției chimice a Soarelui din zilele noastre.

• Cum au trecut razele cosmice prin atmosfera Pământului acum 41.000 de ani?
• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator

Noile calcule ale fizicii atmosferei solare dau rezultate actualizate pentru abundențele diferitelor elemente chimice, care rezolvă conflictul. În special, Soarele conține mai mult oxigen, siliciu și neon decât se credea anterior. De asemenea, metodele utilizate promit estimări considerabil mai precise ale compoziției chimice a stelelor în general.

Noile calcule au fost publicate de Ekaterina Magg, Maria Bergemann și colegii lor în Astronomy & Astrophysics.

Astronomii tocmai au rezolvat o criză veche de un deceniu

Metoda încercată în cauză este analiza spectrală. Pentru a determina compoziția chimică a Soarelui nostru sau a oricărei alte stele, astronomii apelează în mod obișnuit la spectre: descompunerea luminii în diferite lungimi de undă, ca un curcubeu. Spectrele stelare conțin linii întunecate clare și evidente.

Modelul standard modern al evoluției solare este calibrat cu ajutorul unui set celebru (în cercurile de fizică solară) de măsurători ale compoziției chimice a atmosferei solare, publicat în 2009. Însă, într-o serie de detalii importante, o reconstrucție a structurii interne a stelei noastre, bazată pe acel model standard, contrazice un alt set de măsurători: datele heliosismice, adică măsurătorile care urmăresc foarte precis oscilațiile minuscule ale Soarelui în ansamblu – modul în care Soarele se extinde și se contractă ritmic, după modele caracteristice, pe scări de timp cuprinse între secunde și ore.

Măsurătorile de mare precizie au dat rezultate despre structura interioară a Soarelui care erau în contradicție cu modelele solare standard. Conform helioseismologiei, așa-numita regiune convectivă din interiorul Soarelui nostru, unde materia se ridică și se scufundă din nou, era considerabil mai mare decât prevedea modelul standard. Viteza undelor sonore în apropierea părții inferioare a acestei regiuni a deviat, de asemenea, de la predicțiile modelului standard, la fel ca și cantitatea totală de heliu din Soare. În plus, anumite măsurători ale neutrinilor solari – particule elementare trecătoare, greu de detectat, care ajung la noi direct din regiunile centrale ale Soarelui – au fost, de asemenea, ușor eronate în comparație cu datele experimentale.

Ce cuprinde compoziția chimică a Soarelui?

Astronomii au avut ceea ce în curând au ajuns să numească o „criză a abundenței solare”. Studiul recent, publicat de Ekaterina Magg, Maria Bergemann și colegii lor de la Institutul Max Planck pentru Astronomie, a reușit să rezolve această criză, revizuind modelele pe care se bazează estimările spectrale ale compoziției chimice a Soarelui.

În acest studiu, ei au urmărit toate elementele chimice care sunt relevante pentru modelele actuale privind modul în care stelele au evoluat în timp și au aplicat mai multe metode independente pentru a descrie interacțiunile dintre atomii Soarelui și câmpul de radiații al acestuia, pentru a se asigura că rezultatele lor sunt coerente.

Pentru a descrie regiunile convective ale Soarelui, au folosit simulări existente care iau în considerare atât mișcarea plasmei, cât și fizica radiației. Pentru comparația cu măsurătorile spectrale, au ales setul de date cu cea mai bună calitate disponibilă: spectrul solar publicat de Institutul de Astrofizică și Geofizică, Universitatea din Göttingen.

Noile calcule au arătat că relația dintre abundența elementelor chimice cruciale și intensitatea liniilor spectrale corespunzătoare este semnificativ diferită de ceea ce susțineau autorii anteriori. În consecință, abundențele chimice care rezultă din spectrul solar observat sunt oarecum diferite de cele afirmate în analizele anterioare, scrie SciTechDaily.

O discrepanță derutantă

„Am descoperit că, potrivit analizei noastre, Soarele conține cu 26% mai multe elemente mai grele decât heliul, față de ce au dedus studiile anterioare”, explică Magg. În astronomie, astfel de elemente mai grele decât heliul sunt numite „metale”. Doar de ordinul unei miimi de procent din toate nucleele atomice din Soare sunt metale. Acest număr foarte mic este cel care s-a modificat acum cu 26% din valoarea sa anterioară.

„Valoarea pentru abundența oxigenului a fost cu aproape 15% mai mare decât în studiile anterioare”, a explicat Magg. Cu toate acestea, noile valori sunt în concordanță cu compoziția chimică a meteoriților primitivi despre care se crede că reprezintă compoziția chimică a Sistemului Solar timpuriu.

Atunci când aceste noi valori sunt folosite ca date de intrare pentru modelele actuale ale structurii și evoluției solare, discrepanța derutantă dintre rezultatele acestor modele și măsurătorile heliosismice dispare. Astfel, analiza în profunzime efectuată de Magg, Bergemann și colegii lor cu privire la modul în care sunt produse liniile spectrale, bazându-se pe modele mult mai complete ale fizicii subiacente, reușește să rezolve criza abundenței solare.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Rotația internă a Soarelui și secretele sale. Cum au rezolvat astronomii o parte din „problema solară”?

Soarele, văzut ca niciodată până acum. Steaua noastră își dezvăluie, în sfârșit, polii

Eclipsă de soare dramatică pe Marte, surprinsă de roverul Perseverance. Imagini spectaculoase

Soarele nostru văzut de aproape. Agenția Spațială Europeană a publicat imagini uimitoare