Fysikere, der arbejder på Borexino-eksperimentet, en partikeldetektor i Gran Sasso underjordiske laboratorium,
Resultaterne af observationer viste, at metallicitetensolkernen er højere end standardsolmodellen forudsiger. Husk på, at i astrofysik er metallicitet indholdet af kemiske grundstoffer, der er tungere end brint og helium, og ikke kun metaller.
Termonukleare reaktioner i solen
Energien produceret af stjerner er en afprodukter af nukleosyntese, dannelsen af forskellige kemiske elementer i processen med nuklear fusion i det indre af en stjerne. Det menes, at stjernernes nukleosyntese begyndte med dannelsen af brint, helium og lithium under Big Bang. Den vigtigste kemiske proces, der genererer det meste af energien i kernerne af hovedsekvensstjerner (hovedstadiet i stjernernes udvikling) er brintfusion.
Under denne proces, også kaldetVed at forbrænde brint (selv om det ikke har noget tilfælles med at brænde brintgas i nærværelse af ilt), kombineres fire protoner og danner en heliumkerne. Der er to fremherskende processer, hvorved stjernebrint syntetiseres: proton-protonkæden og kulstof-nitrogen-ilt (CNO)-cyklussen.
Omkring 99% af solenergien produceres iresultatet af proton-proton kædereaktioner. Cyklussen omfatter tre faser. For det første smelter to protoner, der har nok energi til at overvinde Coulomb-barrieren, sammen og danner en deuteron, en positron og en elektronneutrino. I anden fase smelter en deuteron sammen med en proton og danner en helium-3-kerne. Til sidst smelter de to kerner af et helium-3-atom sammen og danner kernen af et helium-4-atom. Dette frigiver to protoner, som udløser nye reaktioner.
Resten af solenergien tilføressom et resultat af reaktionerne i CNO-cyklussen. Dette er en række termonukleære reaktioner (herunder oxygen- og kulstofforbrænding), hvor kulstof, oxygen og nitrogen fungerer som katalysatorer, der bidrager til omdannelsen af brintatomer (protoner) til helium-4-atomer. Både proton-protonkæden og CNO-cyklussen producerer neutrinoer som biprodukter.
Proton-proton kæde. Sarang, Public domain, via Wikimedia Commons
CNO cyklus. Billede: Kirill Borisenko, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Måling af Solens indre sammensætning
Indtil nu har astrofysikere haft to måder at undersøge den indre sammensætning af en stjerne tættest på Jorden. Disse er spektroskopi og helioseismologi.
Spektroskopi af solen. Billede: N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF
Ved brug af spektroskopi, videnskabsmændAnalyser spektret af sollys for at se efter "fingeraftryk" af forskellige kemiske elementer. Hver af dem absorberer lys med en bestemt bølgelængde, som et resultat, afhængigt af sammensætningen, dannes mørke linjer på spektret - absorptionslinjer.
Det var i øvrigt takket være spektroskopi, derhelium blev først opdaget. Dette grundstof på det tidspunkt blev ikke opdaget på Jorden, idet de observerede dets absorptionslinje på sollysspektret i en stjernes kromosfære under en solformørkelse, fandt forskerne ud af, at der er et ekstra grundstof, der (som man dengang troede) ikke gør. forekomme på vores planet.
En illustration af udbredelsen af akustiske bølger inde i Solen. Billede: ESA, NASA
Den anden tilgang til at analysere sammensætningen af en stjerne kaldeshelioseismologi. Forskere, der bruger denne metode, måler de lydbølger, der når solens overflade efter at være blevet reflekteret inde i stjernen. Desuden, jo flere tunge grundstoffer på Solen, jo mere forhindrer de lydbølgernes gennemtrængning til overfladen, hvilket betyder, at jo højere metallicitet er stjernen.
Tidligere har foreslåede metoder givet sammenligneligeestimater, men efterhånden som målenøjagtigheden blev forbedret, divergerede dataene. For at forene (eller skændes) de to målemetoder kom forskerne med en ny tilgang.
Tilbage i 2020 annoncerede fysikere, at de for første gangopdagede neutrinoerne i CNO-solcyklussen ved hjælp af detektorerne fra Borexino-eksperimentet. De indsamlede data mellem januar 2017 og oktober 2021 og observerede et gennemsnit på 4,8 CNO neutrinoer om dagen. I et nyt papir offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters rapporterer forskere, at de har halveret fejlen fra tidligere målinger og mere præcist bestemmer indholdet af kulstof og nitrogen i Solens kerne.
Hvad er solens metallicitet?
Siden begyndelsen af 2000'erne er målinger taget medved hjælp af spektroskopi og helioseismologi begyndte at divergere. Den første målemetode viste et lavere indhold af tunge grundstoffer end analysen af lydbølger. Resultaterne af neutrinoobservationer bekræfter helioseismografers højmetallicitetsteori: de siger, at mængden af tunge grundstoffer er 9-58% mere end teorien baseret på spektroskopi antyder.
En mulig forklaring på disse forskelle imålinger kan der være forskel i koncentrationen af kemiske grundstoffer på overfladen og inde i stjernens kerne. Denne hypotese er foreslået af astrofysikere, som har offentliggjort resultaterne af deres modellering i tidsskriftet Astronomy & Astrofysik. De viste, at hvis Solen opsamlede materiale fra protosolskiven ujævnt under dannelsen, så kunne metalliciteten af dens kerne være 5 % højere end ved overfladen.
For nu er det kun en hypotese, at de kanbekræfte eller afkræfte fremtidige målinger. Men denne hypotese giver håb om, at forskere, der bruger forskellige tilgange til deres målinger, vil være i stand til at nå en konsensus og skabe en samlet og konsistent model af Solen og derfor bedre forstå, hvordan andre stjerner fungerer, hvor afstanden ikke tillader brugen af så mange alternative instrumenter.
Det faktum, at der er meget mere inde i Solenmere kulstof, ilt og nitrogen "ændrer forståelsen af, hvordan kemiske grundstoffer dannes, hvordan stjerner udvikler sig, hvordan de lever og dør," bemærker forskerne.
Læs mere:
Navngivne fødevarer, der forårsager kræft. De bliver serveret på nytårsbordet
Kinesisk rover opdager spor af aldrig før set basalt på månen
De smukkeste billeder af "Webb" for 2022: se, hvad teleskopet til $ 10 milliarder gjorde
Forsidebillede: NASA/GSFC/SDO