Fiziķi, kas strādā pie Borexino eksperimenta, daļiņu detektora Gran Sasso pazemes laboratorijā,
Novērojumu rezultāti parādīja, ka metāliskumsSaules kodols ir augstāks, nekā paredz standarta saules modelis. Atgādiniet, ka astrofizikā metāliskums ir jebkura ķīmiskā elementa saturs, kas ir smagāks par ūdeņradi un hēliju, un ne tikai metāli.
Kodoltermiskās reakcijas saulē
Zvaigžņu radītā enerģija ir viena nonukleosintēzes produkti, dažādu ķīmisko elementu veidošanās kodolsintēzes procesā zvaigznes iekšienē. Tiek uzskatīts, ka zvaigžņu nukleosintēze sākās ar ūdeņraža, hēlija un litija veidošanos Lielā sprādziena laikā. Galvenais ķīmiskais process, kas ģenerē lielāko daļu enerģijas galvenās secības zvaigžņu kodolos (galvenais zvaigžņu evolūcijas posms), ir ūdeņraža saplūšana.
Šī procesa laikā sauc arīDedzinot ūdeņradi (lai gan tam nav nekā kopīga ar ūdeņraža gāzes sadedzināšanu skābekļa klātbūtnē), četri protoni apvienojas, veidojot hēlija kodolu. Zvaigžņu ūdeņraža sintezēšanā dominē divi procesi: protonu-protonu ķēde un oglekļa-slāpekļa-skābekļa (CNO) cikls.
Aptuveni 99% saules enerģijas tiek saražotiprotonu-protonu ķēdes reakciju rezultāts. Cikls ietver trīs posmus. Pirmkārt, divi protoni, kuriem ir pietiekami daudz enerģijas, lai pārvarētu Kulona barjeras drošinātāju, veidojot deuteronu, pozitronu un elektronu neitrīno. Otrajā posmā deuterons saplūst ar protonu, veidojot hēlija-3 kodolu. Visbeidzot, divi hēlija-3 atoma kodoli saplūst, veidojot hēlija-4 atoma kodolu. Tas atbrīvo divus protonus, kas izraisa jaunas reakcijas.
Pārējā saules enerģija tiek piegādātaCNO cikla reakciju rezultātā. Šī ir kodoltermisko reakciju sērija (tostarp skābekļa un oglekļa sadegšana), kurās ogleklis, skābeklis un slāpeklis darbojas kā katalizatori, veicinot ūdeņraža atomu (protonu) pārvēršanu par hēlija-4 atomiem. Gan protonu-protonu ķēde, gan CNO cikls rada neitrīnus kā blakusproduktus.
Protonu-protonu ķēde. Sarang, publiskais domēns, izmantojot Wikimedia Commons
CNO cikls. Attēls: Kirils Borisenko, CC BY-SA 4.0, izmantojot Wikimedia Commons
Saules iekšējā sastāva mērīšana
Līdz šim astrofiziķiem ir bijuši divi veidi, kā izpētīt Zemei vistuvāk esošās zvaigznes iekšējo sastāvu. Tie ir spektroskopija un helioseismoloģija.
Saules spektroskopija. Attēls: N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF
Izmantojot spektroskopiju, zinātniekiAnalizējiet saules gaismas spektru, lai meklētu dažādu ķīmisko elementu “pirkstu nospiedumus”. Katrs no tiem absorbē gaismu ar noteiktu viļņa garumu, kā rezultātā, atkarībā no sastāva, spektrā veidojas tumšas līnijas - absorbcijas līnijas.
Starp citu, tas bija pateicoties spektroskopijaipirmo reizi tika atklāts hēlijs. Šis elements tolaik uz Zemes netika atklāts, novērojot tā absorbcijas līniju saules gaismas spektrā zvaigznes hromosfērā Saules aptumsuma laikā, pētnieki atklāja, ka ir kāds papildu elements, kas (kā toreiz tika uzskatīts) nav. notiek uz mūsu planētas.
Ilustrācija par akustisko viļņu izplatīšanos Saulē. Attēls: ESA, NASA
Otro pieeju zvaigznes sastāva analīzei sauchelioseismoloģija. Zinātnieki, izmantojot šo metodi, mēra skaņas viļņus, kas sasniedz Saules virsmu pēc atstarošanas zvaigznē. Turklāt, jo vairāk smagu elementu uz Saules, jo vairāk tie novērš skaņas viļņu iekļūšanu virsmā, kas nozīmē, jo augstāks ir zvaigznes metāliskums.
Agrāk piedāvātās metodes ir devušas salīdzināmasaplēses, bet, uzlabojoties mērījumu precizitātei, dati atšķīrās. Lai saskaņotu (vai strīdētos) abas mērīšanas metodes, pētnieki nāca klajā ar jaunu pieeju.
Tālajā 2020. gadā fiziķi paziņoja, ka pirmo reizi viņiatklāja CNO saules cikla neitrīnos, izmantojot Borexino eksperimenta detektorus. Viņi apkopoja datus laikā no 2017. gada janvāra līdz 2021. gada oktobrim, novērojot vidēji 4,8 CNO neitrīno dienā. Jaunajā rakstā, kas publicēts žurnālā Physical Review Letters, zinātnieki ziņo, ka ir uz pusi samazinājuši iepriekšējo mērījumu kļūdu un precīzāk nosaka oglekļa un slāpekļa saturu Saules kodolā.
Kāds ir Saules metāliskums?
Kopš 2000. gadu sākuma mērījumi veikti arizmantojot spektroskopiju un helioseismoloģiju sāka atšķirties. Pirmā mērīšanas metode uzrādīja mazāku smago elementu saturu nekā skaņas viļņu analīze. Neitrīno novērojumu rezultāti apstiprina helioseismogrāfu augstā metāliskuma teoriju: tajos teikts, ka smago elementu daudzums ir par 9-58% vairāk, nekā liecina spektroskopijā balstītā teorija.
Viens no iespējamiem skaidrojumiem šīm atšķirībāmmērījumos var būt atšķirības ķīmisko elementu koncentrācijā uz virsmas un zvaigznes kodola iekšpusē. Šo hipotēzi izvirzījuši astrofiziķi, kuri publicēja savas modelēšanas rezultātus žurnālā Astronomy & Astrofizika. Tie parādīja, ka, ja Saule savāca materiālu no protosolārā diska nevienmērīgi tā veidošanās laikā, tad tā kodola metāliskums varētu būt par 5% augstāks nekā virspusē.
Pagaidām tā ir tikai hipotēze, ka viņi varapstiprināt vai atspēkot turpmākos mērījumus. Taču šī hipotēze ļauj cerēt, ka pētnieki, izmantojot dažādas pieejas saviem mērījumiem, spēs panākt vienprātību un izveidot vienotu un konsekventu Saules modeli, tādējādi labāk izprotot, kā darbojas citas zvaigznes, kuru attālums neļauj izmantot tik daudz alternatīvu instrumentu.
Tas, ka Saulē ir daudz vairākvairāk oglekļa, skābekļa un slāpekļa "maina izpratni par to, kā veidojas ķīmiskie elementi, kā attīstās zvaigznes, kā tās dzīvo un mirst", atzīmē zinātnieki.
Lasīt vairāk:
Nosaukti pārtikas produkti, kas izraisa vēzi. Tie tiek pasniegti uz Jaungada galda
Ķīniešu roveris uz Mēness atklāj vēl neredzēta bazalta pēdas
2022. gada skaistākās Webb fotogrāfijas: skatiet, ko darīja 10 miljardu dolāru vērtais teleskops
Vāka attēls: NASA/GSFC/SDO