Giugno 28, 2022

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Composizione corretta dal sole – Le misurazioni degli elementi correggono la discrepanza tra lo spettrografo e la scienza del sole

Sorprendentemente diverso: il nostro Sole contiene più ossigeno, silicio e neon di quanto si pensasse in precedenza e la proporzione di tutti gli elementi pesanti è del 26% superiore rispetto ai modelli attuali, hanno scoperto gli astronomi. Questo non solo getta nuova luce sulla struttura e sulla composizione della nostra stella, ma i nuovi valori illustrano anche la discrepanza tra i dati spettroscopici e le misurazioni eliografiche che ha sconcertato per decenni.

Per scoprire quali elementi contiene una stella come il nostro sole, gli astronomi usano Spettroscopia: Le linee scure nell’arcobaleno dello spettro luminoso rivelano dove e quali porzioni della radiazione vengono assorbite dagli atomi. Negli anni ’20, 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 dell’evoluzione del Sole e di altre stelle.

Le sottili linee scure nello spettro del sole rivelano il suo contenuto elementare.© M. Bergemann / MPIA / NARVAL @ TBL

sconcertante contraddizione

È stato ancora più scioccante quando, alcuni anni fa, gli astronomi si sono resi conto che questi dati e modelli non erano coerenti con i risultati scienza del sole in forma. Con questo metodo di misurazione relativamente nuovo, i ricercatori utilizzano le minuscole oscillazioni del Sole e della sua superficie per trarre conclusioni sui processi e la formazione al suo interno. Tuttavia, le osservazioni dell’eliosma si discostano da quelle dei modelli tradizionali basati su dati spettroscopici su diversi punti cruciali.

Una contraddizione è che lo strato nel Sole formato dalle correnti di convezione deve essere molto più grande di quanto previsto dai modelli. Anche la velocità delle onde sonore nella parte inferiore della regione di convezione, la quantità totale di elio e il rilascio di neutrini solari mostrano chiare differenze con i modelli spettroscopici. Per anni, gli astronomi hanno sconcertato e dibattuto questa contraddizione fondamentale, che è stata soprannominata la “crisi dell’abbondanza solare”.

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Come si spiega questa discrepanza tra due metodi basilari e ben consolidati della ricerca solare? Alcuni ricercatori hanno avanzato ipotesi piuttosto strane, in 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.

Una nuova valutazione dello spettro solare

Tuttavia, gli astronomi guidati da Ekaterina Mag del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg hanno scelto un approccio diverso. Finora, i modelli basati su dati spettroscopici hanno presupposto per lo più l’equilibrio termico locale (LTE) all’interno del Sole. Quindi, l’energia in ciascuna regione dell’atmosfera stellare raggiunge l’equilibrio che determina la temperatura locale. Tuttavia, dati recenti indicano che questo equilibrio termico non è raggiunto in molte atmosfere stellari – e quindi il modello è eccessivamente semplificato.

Quindi Mag e il suo team hanno utilizzato i dati degli spettri solari ad alta risoluzione per calcolare in modo più accurato l’interazione radiazione-materia nella fotosfera solare utilizzando i cosiddetti calcoli non LTE. Da questi calcoli, hanno ristabilito la relazione tra la forza delle righe spettrali e l’abbondanza dell’elemento corrispondente – e quindi hanno ottenuto nuovi dati sulla composizione chimica del Sole.

Il sole è ricco di minerali più del previsto

Risultato sorprendente: i nuovi risultati si discostano in modo significativo dai modelli esistenti 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 di circa il 15 percento superiore rispetto a studi precedenti”, afferma Mag. In generale, la proporzione di elementi più pesanti dell’elio nel Sole è del 26% superiore a quanto si pensasse in precedenza, quindi il Sole è molto più ricco di minerali rispetto alle ipotesi precedenti.

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Soprattutto, questi nuovi valori risolvono la “crisi dell’abbondanza solare”: introducendo i valori degli elementi spettrali nei modelli della struttura e dell’evoluzione del sole, la sconcertante discrepanza con le misurazioni sismiche solari scompare. “Questa è la prima volta che i modelli solari standard basati sui risultati della spettroscopia possono riprodurre la struttura interna del Sole, che è stata determinata dalle tecniche di elioscienza”, afferma il team di ricerca.

Un modo migliore per modellare l’energia solare

Lo studio apre così la strada a nuovi modelli del sole e della struttura stellare compatibili con le osservazioni spettroscopiche e l’eliosmologia. “I nuovi modelli solari, basati sui nuovi valori di composizione chimica che abbiamo identificato, sono più realistici che mai: producono un modello del Sole che corrisponde a tutte le informazioni che abbiamo sulla struttura del Sole oggi. — onde sonore, neutrini, luminosità e raggio del sole, senza bisogno di usare la strana fisica all’interno del sole”, afferma Maria Bergmann, collega MAG.

Un altro vantaggio è che i nuovi modelli possono essere applicati meglio anche a stelle diverse dal Sole. Ciò pone le future analisi della chimica stellare, e quindi la ricostruzione dell’evoluzione chimica del nostro universo, su basi sempre più solide. (Astronomia e astrofisica, 2022; doi: 10.1051/0004-6361/202142971)

Fonte: Istituto Max Planck per l’astronomia