julio 3, 2022

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Composición corregida por el sol: las mediciones de los elementos corrigen la discrepancia entre el espectrógrafo y la ciencia del sol.

Sorprendentemente diferente: nuestro Sol contiene más oxígeno, silicio y neón de lo que se pensaba anteriormente, y la proporción de todos los elementos pesados ​​es un 26 por ciento más alta que los modelos actuales, según han descubierto los astrónomos. Esto no solo arroja nueva luz sobre la estructura y composición de nuestra estrella, sino que los nuevos valores también ilustran la discrepancia entre los datos espectroscópicos y las mediciones heliográficas que ha desconcertado durante décadas.

Para averiguar qué elementos contiene una estrella como nuestro sol, los astrónomos utilizan Espectroscopia: Las líneas oscuras en el arco iris del espectro de luz revelan dónde y qué porciones de la radiación son absorbidas por los átomos. En la década de 1920, los astrofísicos también descubrieron que la fuerza de estas líneas espectrales también permitía sacar conclusiones sobre las temperaturas en su origen. Desde entonces, el espectro solar ha formado una base importante para los modelos de estructura y evolución del Sol y otras estrellas.

Las sutiles líneas oscuras en el espectro del sol revelan su contenido elemental.© M. Bergemann / MPIA / NARVAL @ TBL

contradicción desconcertante

Fue aún más impactante cuando, hace unos años, los astrónomos se dieron cuenta de que estos datos y modelos no concordaban con los resultados. ciencia del sol encajar. Con este método de medición relativamente nuevo, los investigadores utilizan las oscilaciones diminutas del Sol y su superficie para sacar conclusiones sobre los procesos y la formación en su interior. Sin embargo, las observaciones del heliosmo se desvían de las de los modelos tradicionales basados ​​en datos espectroscópicos en varios puntos cruciales.

Una contradicción es que la capa del sol que se formó por las corrientes de convección debe ser mucho más grande de lo que predicen los modelos. La velocidad de las ondas sonoras en la parte inferior de la región de convección, la cantidad total de helio y la liberación de neutrinos solares también muestran claras diferencias con los modelos espectroscópicos. Durante años, los astrónomos han desconcertado y debatido esta contradicción fundamental, que se ha denominado “crisis de abundancia solar”.

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¿Cómo puede explicarse esta discrepancia entre dos métodos básicos y bien establecidos de investigación solar? Algunos investigadores han propuesto hipótesis bastante extrañas, en las que se dice que nuestra estrella tragó gas pobre en metales en sus primeros días o que la materia oscura está escondida en el interior del Sol.

Una nueva evaluación del espectro solar

Sin embargo, los astrónomos dirigidos por Ekaterina Mag del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg han elegido un enfoque diferente. Hasta ahora, los modelos basados ​​en datos espectroscópicos han asumido principalmente el equilibrio térmico local (LTE) en el interior del Sol. Entonces, la energía en cada región de la atmósfera estelar alcanza un equilibrio que determina la temperatura local. Sin embargo, datos recientes indican que este equilibrio térmico no se alcanza en muchas atmósferas estelares y, por lo tanto, el modelo se simplifica demasiado.

Así que Mag y su equipo utilizaron datos de espectros solares de alta resolución para calcular con mayor precisión la interacción radiación-materia en la fotosfera solar utilizando los llamados cálculos no LTE. A partir de estos cálculos, restablecieron la relación entre la fuerza de las líneas espectrales y la abundancia del elemento correspondiente, y así obtuvieron nuevos datos sobre la composición química del Sol.

El sol es rico en minerales más de lo esperado

Resultado sorprendente: los nuevos hallazgos se desvían significativamente de los modelos actuales para muchos componentes importantes. El Sol aparentemente contiene más oxígeno, silicio y neón de lo que se suponía anteriormente. “El valor de la abundancia de oxígeno fue aproximadamente un 15 por ciento más alto que en estudios anteriores”, dice Mag. En general, la proporción de elementos más pesados ​​que el helio en el Sol es un 26 por ciento mayor de lo que se pensaba anteriormente, por lo que el Sol es mucho más rico en minerales de lo que se suponía anteriormente.

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Lo que es más importante, estos nuevos valores resuelven la “crisis de abundancia solar”: al introducir los valores de los elementos espectrales en los modelos de la estructura y evolución del sol, desaparece la desconcertante discrepancia con las mediciones sísmicas solares. “Esta es la primera vez que los modelos solares estándar basados ​​en los resultados de la espectroscopia pueden reproducir la estructura interna del Sol, que ha sido determinada por técnicas de heliociencia”, dice el equipo de investigación.

Una mejor manera de modelos de energía solar

El estudio allana así el camino para nuevos modelos del sol y la estructura estelar que sean compatibles con las observaciones espectroscópicas y la heliosmología. “Los nuevos modelos solares, basados ​​en los nuevos valores de composición química que hemos identificado, se están volviendo más realistas que nunca: producen un modelo del Sol que coincide con toda la información que tenemos sobre la estructura del Sol en la actualidad.—sonido ondas, neutrinos, luminosidad y radio del Sol, sin tener que usar The Strange Physics Inside the Sun”, dice Maria Bergmann, colega de la revista.

Otra ventaja es que los nuevos modelos también se pueden aplicar mejor a estrellas distintas del Sol. Esto coloca los futuros análisis de la química estelar y, por lo tanto, la reconstrucción de la evolución química de nuestro universo, sobre una base cada vez más sólida. (Astronomía y Astrofísica, 2022; doi: 10.1051/0004-6361/202142971)

Fuente: Instituto Max Planck de Astronomía