La corretta composizione del sole – le misurazioni dell’elemento risolvono la discrepanza tra lo spettro e l’eliosismologia

Sorprendentemente diverso: il nostro sole contiene più ossigeno, silicio e neon di quanto si pensasse: la proporzione di tutti gli elementi più pesanti è addirittura del 26% superiore rispetto ai modelli attuali, come hanno scoperto gli astronomi. Questo non solo getta nuova luce sulla struttura e sulla composizione della nostra stella, i nuovi valori chiariscono anche una contraddizione tra i dati spettrali e le misurazioni eliosismologiche che lascia perplessi da decenni.

Per scoprire quali elementi contiene una stella come il nostro sole, gli astronomi usano il analisi spettrale: Le linee scure nell’arcobaleno dello spettro luminoso rivelano dove gli atomi assorbono parti della radiazione e cosa sono. Nel 1920, gli astrofisici scoprirono anche che la forza di queste righe spettrali permetteva anche di trarre conclusioni sulle temperature alla loro fonte. Da allora, lo spettro solare ha costituito una base importante per i modelli della struttura e dello sviluppo del sole e di altre stelle.

spettro solare
Le sottili linee scure nello spettro del sole rivelano il suo contenuto di elementi.© M. Bergemann / MPIA / [email protected]

Discrepanza sconcertante

È stato tanto più scioccante quando alcuni anni fa gli astronomi si sono resi conto che questi dati e modelli non corrispondevano ai risultati della eliosismologia in forma. Con questo metodo di misurazione relativamente nuovo, i ricercatori utilizzano minuscole oscillazioni del sole e della sua superficie per trarre conclusioni sui processi e sulla composizione al suo interno. Tuttavia, le osservazioni eliosismologiche si discostano da quelle dei modelli convenzionali basati su dati spettrali in diversi punti cruciali.

Una delle discrepanze è che lo strato nel sole modellato dalle correnti di convezione deve essere molto più grande di quanto previsto dai modelli. Anche la velocità delle onde sonore nella parte inferiore della zona di convezione, la quantità totale di elio e il rilascio di neutrini solari mostrano evidenti discrepanze con i modelli spettrali. Per anni, gli astronomi hanno perplesso e dibattuto questa discrepanza fondamentale, soprannominata la “crisi dell’abbondanza solare”.

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Come si spiega questa contraddizione tra due metodi fondamentali e consolidati della ricerca solare? Alcuni ricercatori hanno avanzato ipotesi piuttosto esotiche, secondo cui si dice che la nostra stella abbia ingerito gas povero di metalli nei suoi primi giorni o che la materia oscura sia nascosta all’interno del sole.

Nuova valutazione dello spettro solare

Tuttavia, gli astronomi guidati da Ekaterina Magg del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg hanno scelto un approccio diverso. Finora, i modelli basati su dati spettrali hanno assunto per lo più un equilibrio termico locale (LTE) all’interno del sole. Dopo questo, l’energia in ciascuna zona dell’atmosfera stellare raggiunge un equilibrio che determina la temperatura locale. Tuttavia, dati recenti suggeriscono che questo equilibrio termico non viene raggiunto in molte atmosfere stellari: il modello è quindi eccessivamente semplificato.

Magg e il suo team hanno quindi utilizzato i dati degli spettri solari ad alta risoluzione per calcolare con maggiore precisione l’interazione tra radiazione e materia nella fotosfera solare utilizzando i cosiddetti calcoli non LTE. Da questi calcoli hanno rideterminato la relazione tra la forza delle righe spettrali e l’abbondanza dell’elemento corrispondente, ottenendo così nuovi dati sulla composizione chimica del sole.

Il sole è più ricco di metallo del previsto

Il risultato sorprendente: i nuovi risultati si discostano in modo significativo dai modelli attuali per diversi elementi importanti. Apparentemente il sole contiene più ossigeno, silicio e neon di quanto si pensasse in precedenza. “Il valore dell’abbondanza di ossigeno era quasi il 15 percento superiore rispetto a studi precedenti”, riferisce Magg. Complessivamente, la proporzione di elementi più pesanti dell’elio nel sole è addirittura del 26% superiore a quanto si pensasse: il sole è quindi più ricco di metalli rispetto alle ipotesi precedenti.

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Ancora più importante, questi nuovi valori risolvono la “Crisi dell’Abbondanza Solare”: Inserendo i valori degli elementi spettrali nei modelli della struttura e dell’evoluzione del Sole, la sconcertante discrepanza con le misurazioni eliosismiche scompare. “Questa è la prima volta che i modelli solari standard basati su risultati spettroscopici possono riprodurre la struttura interna del Sole, che è stata determinata da tecniche eliosismologiche”, afferma il team di ricerca.

Modo per modelli solari migliori

Lo studio apre così la strada a nuovi modelli del Sole e della struttura stellare compatibili con le osservazioni spettrali ed eliosismologica. “I nuovi modelli solari basati su quelli che noi…

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