Fyzikové pracující na experimentu Borexino, detektoru částic v podzemní laboratoři Gran Sasso,
Výsledky pozorování ukázaly, že metalicitaslunečního jádra je vyšší, než předpovídá standardní solární model. Připomeňme, že v astrofyzice metalicita označuje obsah jakýchkoli chemických prvků těžších než vodík a helium, a nejen kovů.
Termonukleární reakce na Slunci
Energie produkovaná hvězdami je jednou zprodukty nukleosyntézy, vznik různých chemických prvků v procesu jaderné fúze v útrobách hvězdy. Předpokládá se, že hvězdná nukleosyntéza začala tvorbou vodíku, helia a lithia během Velkého třesku. Hlavním chemickým procesem, který generuje většinu energie v jádrech hvězd hlavní posloupnosti (hlavní fáze hvězdného vývoje), je vodíková fúze.
Během tohoto procesu, také tzvSpalováním vodíku (ačkoli to nemá nic společného se spalováním plynného vodíku v přítomnosti kyslíku) se čtyři protony spojí a vytvoří jádro helia. Existují dva převládající procesy, kterými se syntetizuje hvězdný vodík: proton-protonový řetězec a cyklus uhlík-dusík-kyslík (CNO).
Asi 99 % solární energie se vyrábí vvýsledek proton-protonových řetězových reakcí. Cyklus zahrnuje tři fáze. Za prvé, dva protony, které mají dostatek energie k překonání Coulombovy bariéry, se spojí a vytvoří deuteron, pozitron a elektronové neutrino. Ve druhé fázi se deuteron spojí s protonem a vytvoří jádro helia-3. Nakonec se dvě jádra atomu helia-3 spojí a vytvoří jádro atomu helia-4. Tím se uvolní dva protony, které spouštějí nové reakce.
Zbývající energie pochází ze slunečního zářeníjako výsledek reakcí cyklu CNO. Jedná se o sérii termonukleárních reakcí (včetně kyslíku a spalování uhlíku), ve kterých uhlík, kyslík a dusík působí jako katalyzátory a podporují přeměnu atomů vodíku (protonů) na atomy helia-4. Jak proton-protonový řetězec, tak CNO cyklus produkují neutrina jako vedlejší produkty.
Proton-protonový řetězec. Sarang, Public domain, prostřednictvím Wikimedia Commons
Cyklus CNO. Obrázek: Kirill Borisenko, CC BY-SA 4.0, prostřednictvím Wikimedia Commons
Měření vnitřního složení Slunce
Až dosud měli astrofyzici dva způsoby, jak zkoumat vnitřní složení hvězdy nejblíže Zemi. Jedná se o spektroskopii a helioseismologii.
Spektroskopie Slunce. Obrázek: N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF
Při použití spektroskopie vědciAnalyzujte spektrum slunečního světla a hledejte „otisky prstů“ různých chemických prvků. Každý z nich pohlcuje světlo o určité vlnové délce, v důsledku toho v závislosti na složení vznikají na spektru tmavé čáry - absorpční čáry.
Mimochodem, bylo to díky spektroskopiiPoprvé bylo objeveno helium. Tento prvek nebyl v té době na Zemi objeven; pozorováním jeho absorpční čáry ve spektru slunečního světla v chromosféře hvězdy během zatmění Slunce výzkumníci zjistili, že existuje nějaký další prvek, který (jak se tehdy věřilo) neměl vyskytují na naší planetě.
Ilustrace šíření akustických vln uvnitř Slunce. Obrázek: ESA, NASA
Druhý přístup k analýze složení hvězdy se nazýváhelioseismologie. Vědci používající tuto metodu měří zvukové vlny, které dosáhnou povrchu Slunce poté, co se odrazí uvnitř hvězdy. Navíc, čím více těžkých prvků je na Slunci, tím více brání pronikání zvukových vln k povrchu, což znamená, že tím vyšší je metalicita hvězdy.
V minulosti navrhované metody produkovaly srovnatelnéodhady, ale jak se přesnost měření zlepšovala, data se rozcházela. Ke sladění (nebo hádce) obou metod měření přišli vědci s novým přístupem.
V roce 2020 to fyzici poprvé oznámiliobjevil neutrina ze slunečního cyklu CNO pomocí detektorů z experimentu Borexino. Sbírali data mezi lednem 2017 a říjnem 2021, přičemž pozorovali průměrně 4,8 CNO neutrin za den. V novém článku publikovaném v časopise Physical Review Letters vědci uvedli, že se jim podařilo snížit chybu předchozích měření na polovinu a přesněji určit obsah uhlíku a dusíku v jádře Slunce.
Jaká je metalita Slunce?
Od počátku roku 2000 se měření provádějí spomocí spektroskopie a helioseismologie se začaly rozcházet. První metoda měření ukázala nižší obsah těžkých prvků než analýza zvukových vln. Pozorování neutrin podporují teorii o vysoké metalicitě helioseismografů: říkají, že množství těžkých prvků je o 9-58 % vyšší, než předpokládá teorie založená na spektroskopii.
Jedno z možných vysvětlení těchto rozdílůměření může být rozdíl v koncentraci chemických prvků na povrchu a uvnitř jádra hvězdy. Tato hypotéza je navržena astrofyziky, kteří publikovali výsledky svého modelování v časopise Astronomy & Astrofyzika. Ukázali, že pokud by Slunce sbíralo materiál z protosolárního disku během jeho formování nerovnoměrně, pak by metalicita jeho jádra mohla být o 5 % vyšší než na povrchu.
Zatím je to pouze hypotéza, že mohoupotvrdit nebo vyvrátit budoucí měření. Tato hypotéza však dává naději, že výzkumníci používající různé přístupy pro svá měření budou schopni dosáhnout konsenzu a vytvořit jednotný a konzistentní model Slunce, a tudíž lépe pochopit, jak fungují jiné hvězdy, jejichž vzdálenost neumožňuje použití tolik alternativních nástrojů.
Skutečnost, že uvnitř Slunce je mnohovíce uhlíku, kyslíku a dusíku „mění chápání toho, jak se tvoří chemické prvky, jak se hvězdy vyvíjejí a jak žijí a umírají,“ poznamenávají vědci.
Přečtěte si více:
Jmenované potraviny, které způsobují rakovinu. Podávají se na novoroční stůl
Čínský rover objeví na Měsíci stopy dosud neviděného čediče
Nejkrásnější fotografie "Webba" pro rok 2022: podívejte se, co udělal dalekohled za 10 miliard dolarů
Titulní obrázek: NASA/GSFC/SDO