グラン・サッソ地下研究所の粒子検出器であるボレキシーノ実験に取り組む物理学者。
観察の結果、金属性は太陽コアは、標準的な太陽モデルが予測するよりも高いです。天体物理学では、金属性は金属だけでなく、水素やヘリウムよりも重い化学元素の含有量であることを思い出してください。
太陽の熱核反応
星が生み出すエネルギーは、元素合成の生成物、星の内部での核融合の過程でのさまざまな化学元素の形成。恒星の元素合成は、ビッグバンの際に水素、ヘリウム、リチウムが生成されることで始まったと考えられています。主系列星のコア (星の進化の主要段階) でエネルギーの大部分を生成する主な化学プロセスは、水素核融合です。
このプロセス中は、とも呼ばれます水素を燃焼させると (酸素の存在下で水素ガスを燃焼させるのと何の共通点もありませんが)、4 つの陽子が結合してヘリウム原子核を形成します。星の水素が合成される主なプロセスは 2 つあります。陽子-陽子連鎖と炭素-窒素-酸素 (CNO) サイクルです。
太陽エネルギーの約99％は、陽子間の連鎖反応の結果。サイクルには 3 つの段階が含まれます。まず、クーロン障壁を乗り越えるのに十分なエネルギーを持つ 2 つの陽子が融合して、重陽子、陽電子、および電子ニュートリノを形成します。第 2 段階では、重陽子が陽子と融合してヘリウム 3 原子核を形成します。最後に、ヘリウム 3 原子の 2 つの原子核が融合してヘリウム 4 原子の核を形成します。これにより 2 つのプロトンが放出され、新しい反応が引き起こされます。
残りの太陽エネルギーは供給されますCNOサイクルの反応の結果として。これは一連の熱核反応 (酸素と炭素の燃焼を含む) であり、炭素、酸素、窒素が触媒として作用し、水素原子 (陽子) をヘリウム 4 原子に変換します。陽子-陽子連鎖と CNO サイクルの両方が副産物としてニュートリノを生成します。
陽子-陽子連鎖。サラン、パブリック ドメイン、ウィキメディア コモンズ経由
CNOサイクル。画像: キリル・ボリセンコ、CC BY-SA 4.0、ウィキメディア・コモンズ経由
太陽の内部組成の測定
これまで、天体物理学者が地球に最も近い星の内部組成を調べるには 2 つの方法がありました。これらは分光学と日震学です。
太陽の分光法。画像: N.A.Sharp、NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF
分光法を使用する場合、科学者は太陽光のスペクトルを分析して、さまざまな化学元素の「指紋」を探します。それらはそれぞれ特定の波長の光を吸収し、その結果、組成に応じて、スペクトル上に暗い線、つまり吸収線が形成されます。
ちなみに分光学のおかげでヘリウムが最初に発見されました。この元素は当時、地球上で発見されておらず、日食中の恒星の彩層における太陽光のスペクトルでその吸収線を観察し、研究者は、(当時信じられていたように) ないいくつかの追加の元素があることを発見しました。私たちの惑星で発生します。
太陽内部の音響波の伝播の図。画像：ESA、NASA
星の組成を分析するための2番目のアプローチは、日震学。この方法を使用する科学者は、星の内部で反射された後に太陽の表面に到達する音波を測定します。さらに、太陽の重い元素ほど、表面への音波の浸透を妨げます。これは、星の金属性が高いことを意味します。
過去に提案された方法は、同等の結果をもたらしました。推定されますが、測定精度が向上するにつれて、データは発散しました。 2 つの測定方法を一致させる (または論争する) ために、研究者は新しいアプローチを考え出しました。
2020 年にさかのぼると、物理学者は初めて次のことを発表しました。Borexino 実験の検出器を使用して、CNO 太陽周期のニュートリノを発見しました。彼らは 2017 年 1 月から 2021 年 10 月までの間にデータを収集し、1 日あたり平均 4.8 個の CNO ニュートリノを観測しました。ジャーナル Physical Review Letters に掲載された新しい論文で、科学者は以前の測定値の誤差を半減させ、太陽の核の炭素と窒素の含有量をより正確に決定したと報告しています。
太陽の金属量は？
2000 年代初頭以来、分光法と日震学の使用は分岐し始めました。最初の測定方法は、音波の分析よりも重元素の含有量が少ないことを示しました。ニュートリノ観測の結果は、太陽地震計の高金属量理論を裏付けています。重元素の量は、分光法に基づく理論が示唆するよりも 9 ～ 58% 多いと彼らは言います。
これらの違いについて考えられる説明の 1 つは、測定によると、星の表面と核の内部では化学元素の濃度に違いがある可能性があります。この仮説は、天体物理学者によって提案され、モデリングの結果を学術誌「Astronomy &」に発表しました。天体物理学。彼らは、太陽がその形成中に原始太陽円盤から物質を不均一に収集した場合、その中心の金属量は表面よりも5％高くなる可能性があることを示した。
今のところ、これは彼らができるという仮説にすぎません。将来の測定値を確認または反論します。しかし、この仮説は、測定にさまざまなアプローチを使用している研究者が合意に達し、統一された一貫した太陽のモデルを作成できるようになり、その結果、他の恒星がどのように機能するのか、つまり距離が遠いので太陽の使用が不可能であるのかをよりよく理解できるという希望を与えてくれます。代替楽器がたくさんあります。
太陽の中にもっとたくさんあるという事実炭素、酸素、窒素が増えると、「化学元素がどのように形成され、星がどのように成長し、どのように生き、どのように死ぬかについての理解が変わる」と科学者たちは述べています。
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表紙画像：NASA/GSFC/SDO