Fysikere som jobber med Borexino-eksperimentet, en partikkeldetektor i Gran Sasso underjordiske laboratorium,
Resultatene av observasjoner viste at metallisitetensolkjernen er høyere enn standard solcellemodellen forutsier. Husk at i astrofysikk er metallisitet innholdet av kjemiske elementer som er tyngre enn hydrogen og helium, og ikke bare metaller.
Termonukleære reaksjoner i solen
Energien som produseres av stjerner er en avprodukter av nukleosyntese, dannelsen av forskjellige kjemiske elementer i prosessen med kjernefysisk fusjon i det indre av en stjerne. Det antas at stjernenukleosyntesen begynte med dannelsen av hydrogen, helium og litium under Big Bang. Den viktigste kjemiske prosessen som genererer mesteparten av energien i kjernene til hovedsekvensstjerner (hovedstadiet i utviklingen av stjerner) er hydrogenfusjon.
Under denne prosessen, også kaltVed å brenne hydrogen (selv om det ikke har noe til felles med å brenne hydrogengass i nærvær av oksygen), kombineres fire protoner og danner en heliumkjerne. Det er to dominerende prosesser der stjernehydrogen syntetiseres: proton-protonkjeden og karbon-nitrogen-oksygen (CNO) syklusen.
Omtrent 99 % av solenergien produseres iresultatet av proton-protonkjedereaksjoner. Syklusen inkluderer tre stadier. Først smelter to protoner som har nok energi til å overvinne Coulomb-barrieren sammen og danner et deuteron, et positron og et elektronnøytrino. I det andre trinnet smelter et deuteron sammen med et proton for å danne en helium-3-kjerne. Til slutt smelter de to kjernene til et helium-3-atom sammen for å danne kjernen til et helium-4-atom. Dette frigjør to protoner, som utløser nye reaksjoner.
Resten av solenergien tilføressom et resultat av reaksjonene i CNO-syklusen. Dette er en serie termonukleære reaksjoner (inkludert oksygen og karbonforbrenning), der karbon, oksygen og nitrogen fungerer som katalysatorer, og bidrar til omdannelsen av hydrogenatomer (protoner) til helium-4 atomer. Både proton-protonkjeden og CNO-syklusen produserer nøytrinoer som biprodukter.
Proton-proton kjede. Sarang, offentlig domene, via Wikimedia Commons
CNO syklus. Bilde: Kirill Borisenko, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Måling av den indre sammensetningen av solen
Til nå har astrofysikere hatt to måter å undersøke den indre sammensetningen til en stjerne nærmest Jorden. Disse er spektroskopi og helioseismologi.
Spektroskopi av solen. Bilde: N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF
Ved bruk av spektroskopi, forskereAnalyser spekteret av sollys for å se etter "fingeravtrykk" av forskjellige kjemiske elementer. Hver av dem absorberer lys med en viss bølgelengde, som et resultat, avhengig av sammensetningen, dannes mørke linjer på spekteret - absorpsjonslinjer.
Det var forresten takket være spektroskopi somHelium ble først oppdaget. Dette elementet ble ikke oppdaget på jorden på den tiden, og observerte dets absorpsjonslinje på spekteret av sollys i kromosfæren til en stjerne under en solformørkelse, forskerne fant at det er et tilleggselement som (som det da ble antatt) ikke forekomme på planeten vår.
En illustrasjon av forplantningen av akustiske bølger inne i solen. Bilde: ESA, NASA
Den andre tilnærmingen til å analysere sammensetningen av en stjerne kalleshelioseismologi. Forskere som bruker denne metoden måler lydbølgene som når overflaten av solen etter å ha blitt reflektert inne i stjernen. Dessuten, jo flere tunge elementer på solen, jo mer hindrer de inntrengning av lydbølger til overflaten, noe som betyr at jo høyere metallisitet til stjernen.
Tidligere har foreslåtte metoder gitt sammenlignbareestimater, men etter hvert som målenøyaktigheten ble bedre, divergerte dataene. For å forene (eller krangle) de to målemetodene kom forskerne med en ny tilnærming.
Tilbake i 2020 kunngjorde fysikere at de for første gangoppdaget nøytrinoene til CNO-solsyklusen ved å bruke detektorene til Borexino-eksperimentet. De samlet inn data mellom januar 2017 og oktober 2021, og observerte et gjennomsnitt på 4,8 CNO-nøytrinoer per dag. I en ny artikkel publisert i tidsskriftet Physical Review Letters rapporterer forskerne at de har halvert feilen fra tidligere målinger og mer nøyaktig bestemmer innholdet av karbon og nitrogen i kjernen av solen.
Hva er metallisiteten til solen?
Siden tidlig på 2000-tallet er målinger tatt medved hjelp av spektroskopi og helioseismologi begynte å divergere. Den første målemetoden viste et lavere innhold av tunge grunnstoffer enn analyse av lydbølger. Resultatene av nøytrinoobservasjoner bekrefter høymetallisitetsteorien til helioseismografer: de sier at mengden tunge grunnstoffer er 9-58 % mer enn teorien basert på spektroskopi antyder.
En mulig forklaring på disse forskjellene imålinger kan det være en forskjell i konsentrasjonen av kjemiske elementer på overflaten og inne i stjernens kjerne. Denne hypotesen er foreslått av astrofysikere som publiserte resultatene av deres modellering i tidsskriftet Astronomy & Astrofysikk. De viste at hvis solen samlet materiale fra protosolarskiven ujevnt under dannelsen, kunne metallisiteten til kjernen være 5 % høyere enn ved overflaten.
Foreløpig er dette bare en hypotese de kanbekrefte eller avkrefte fremtidige målinger. Men denne hypotesen gir håp om at forskere som bruker forskjellige tilnærminger for sine målinger, vil være i stand til å nå en konsensus og skape en enhetlig og konsistent modell av solen, og derfor bedre forstå hvordan andre stjerner fungerer, avstanden som ikke tillater bruk av så mange alternative virkemidler.
Det faktum at det er mye mer inne i solenmer karbon, oksygen og nitrogen "endrer forståelsen av hvordan kjemiske elementer dannes, hvordan stjerner utvikler seg, hvordan de lever og dør," bemerker forskerne.
Les mer:
Navngitte matvarer som forårsaker kreft. De serveres på nyttårsbordet
Kinesisk rover oppdager spor av aldri tidligere sett basalt på månen
De vakreste bildene av "Webb" for 2022: se hva teleskopet på 10 milliarder dollar gjorde
Forsidebilde: NASA/GSFC/SDO