Gran Sasso 지하 연구소의 입자 탐지기인 Borexino 실험을 진행하는 물리학자들,
관찰 결과 금속성은태양 코어는 표준 태양 모델이 예측하는 것보다 높습니다. 천체물리학에서 금속성은 단지 금속이 아니라 수소와 헬륨보다 무거운 화학 원소의 함량임을 상기하십시오.
태양에서의 열핵 반응
별이 생산하는 에너지는 다음 중 하나입니다.별 내부에서 핵융합 과정에서 다양한 화학 원소가 형성되는 핵합성의 산물. 별의 핵합성은 빅뱅 동안 수소, 헬륨 및 리튬의 형성과 함께 시작되었다고 믿어집니다. 주계열성 코어(별 진화의 주요 단계)에서 대부분의 에너지를 생성하는 주요 화학 공정은 수소 융합입니다.
이 과정에서 라고도 합니다.수소를 연소시키면(산소가 있는 상태에서 수소 가스를 연소시키는 것과 공통점은 없지만) 4개의 양성자가 결합하여 헬륨 핵을 형성합니다. 별의 수소가 합성되는 두 가지 주요 과정은 양성자-양성자 사슬과 탄소-질소-산소(CNO) 순환입니다.
태양 에너지의 약 99%가 태양광에서 생산됩니다.양성자-양성자 연쇄 반응의 결과. 주기에는 세 단계가 포함됩니다. 첫째, 쿨롱 장벽을 극복할 만큼 충분한 에너지를 가진 두 개의 양성자가 융합되어 중수소, 양전자, 전자 중성미자를 형성합니다. 두 번째 단계에서는 중수소가 양성자와 융합하여 헬륨-3 핵을 형성합니다. 마지막으로, 헬륨-3 원자의 두 핵이 융합하여 헬륨-4 원자의 핵을 형성합니다. 이것은 새로운 반응을 유발하는 두 개의 양성자를 방출합니다.
나머지 태양 에너지는 공급됩니다CNO주기의 반응의 결과. 이것은 탄소, 산소 및 질소가 촉매로 작용하여 수소 원자(양성자)를 헬륨-4 원자로 변환하는 데 기여하는 일련의 열핵 반응(산소 및 탄소 연소 포함)입니다. 양성자-양성자 사슬과 CNO 주기 모두 부산물로 중성미자를 생성합니다.
양성자-양성자 사슬. 사랑, 퍼블릭 도메인, Wikimedia Commons를 통해
CNO 주기. 이미지: Kirill Borisenko, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons를 통해
태양의 내부 구성 측정
지금까지 천체 물리학자들은 지구에 가장 가까운 별의 내부 구성을 조사하는 두 가지 방법을 사용했습니다. 이들은 분광학과 helioseismology입니다.
태양의 분광학. 이미지: N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF
분광학을 사용할 때 과학자들은다양한 화학 원소의 "지문"을 찾기 위해 햇빛의 스펙트럼을 분석합니다. 각각은 특정 파장의 빛을 흡수하므로 결과적으로 구성에 따라 스펙트럼 흡수선에 어두운 선이 형성됩니다.
그건 그렇고, 분광학 덕분에헬륨이 처음 발견되었습니다. 이 원소는 그 당시 지구에서 발견되지 않았으며, 일식 동안 별의 채층에서 햇빛 스펙트럼의 흡수선을 관찰하면서 연구원들은 (당시 믿었던 것처럼) 발견되지 않은 몇 가지 추가 원소가 있음을 발견했습니다. 우리 행성에서 발생합니다.
태양 내부의 음파 전파를 보여주는 그림. 이미지: ESA, NASA
별의 구성을 분석하는 두 번째 접근 방식은태양 지진학. 이 방법을 사용하는 과학자들은 별 내부에서 반사된 후 태양 표면에 도달하는 음파를 측정합니다. 또한 태양에 무거운 원소가 많을수록 음파가 표면으로 침투하는 것을 더 많이 방지하므로 별의 금속성이 높아집니다.
과거에 제안된 방법은 비교 가능한그러나 측정 정확도가 향상됨에 따라 데이터가 갈라졌습니다. 두 가지 측정 방법을 조화(또는 논쟁)하기 위해 연구자들은 새로운 접근 방식을 고안했습니다.
2020년에 물리학자들은 처음으로Borexino 실험의 검출기를 사용하여 CNO 태양 주기의 중성미자를 발견했습니다. 그들은 2017년 1월부터 2021년 10월 사이에 데이터를 수집했으며 하루 평균 4.8개의 CNO 중성미자를 관찰했습니다. Physical Review Letters 저널에 발표된 새 논문에서 과학자들은 이전 측정 오류를 절반으로 줄이고 태양 중심부의 탄소와 질소 함량을 더 정확하게 결정했다고 보고합니다.
태양의 금속성은 무엇입니까?
2000년대 초부터 측정한분광기와 태양지진학을 사용하는 것이 갈라지기 시작했습니다. 첫 번째 측정법은 음파 분석법보다 중원소 함량이 낮은 것으로 나타났다. 중성미자 관측 결과는 헬리오지진계의 높은 금속성 이론을 확인시켜줍니다. 무거운 원소의 양이 분광학에 기반한 이론보다 9~58% 더 많다고 합니다.
이러한 차이점에 대한 한 가지 가능한 설명은 다음과 같습니다.측정에 따르면 별의 표면과 내부의 화학 원소 농도에 차이가 있을 수 있습니다. 이 가설은 Astronomy & 저널에 모델링 결과를 발표한 천체물리학자들이 제안한 것입니다. 천체 물리학. 그들은 만약 태양이 원시태양 원반이 형성되는 동안 고르지 않게 물질을 수집한다면 핵의 금속성은 표면보다 5% 더 높을 수 있다는 것을 보여주었습니다.
현재로서는 이것은 그들이 할 수 있다는 가설일 뿐이다.향후 측정을 확인하거나 반박합니다. 그러나 이 가설은 측정을 위해 다양한 접근 방식을 사용하는 연구자들이 합의에 도달하고 태양에 대한 통일되고 일관된 모델을 만들 수 있다는 희망을 제공합니다. 따라서 다른 별이 작동하는 방식, 거리가 사용을 허용하지 않는 방식을 더 잘 이해할 수 있습니다. 대체 악기가 너무 많아요.
태양 안에 훨씬 더 많은 것이 있다는 사실더 많은 탄소, 산소 및 질소는 "화학 원소가 어떻게 형성되는지, 별이 어떻게 발달하고 어떻게 살고 죽는지에 대한 이해를 변화시킨다"고 과학자들은 지적합니다.
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표지 이미지: NASA/GSFC/SDO