Fyzici pracujúci na experimente Borexino, detektore častíc v podzemnom laboratóriu Gran Sasso,
Výsledky pozorovaní ukázali, že metalicitasolárne jadro je vyššie, ako predpovedá štandardný solárny model. Pripomeňme, že v astrofyzike je metalicita obsah akýchkoľvek chemických prvkov ťažších ako vodík a hélium, a nielen kovov.
Termonukleárne reakcie na slnku
Energia produkovaná hviezdami je jednou zprodukty nukleosyntézy, vznik rôznych chemických prvkov v procese jadrovej fúzie vo vnútri hviezdy. Predpokladá sa, že nukleosyntéza hviezd sa začala tvorbou vodíka, hélia a lítia počas Veľkého tresku. Hlavným chemickým procesom, ktorý generuje väčšinu energie v jadrách hviezd hlavnej postupnosti (hlavná fáza vo vývoji hviezd), je vodíková fúzia.
Počas tohto procesu, aj tzvSpálením vodíka (hoci to nemá nič spoločné so spaľovaním plynného vodíka v prítomnosti kyslíka) sa štyri protóny spoja a vytvoria jadro hélia. Existujú dva prevládajúce procesy, ktorými sa syntetizuje hviezdny vodík: protón-protónový reťazec a cyklus uhlík-dusík-kyslík (CNO).
Približne 99 % slnečnej energie sa vyrába vvýsledok protón-protónových reťazových reakcií. Cyklus zahŕňa tri etapy. Po prvé, dva protóny, ktoré majú dostatok energie na to, aby prekonali Coulombovu bariéru, splynú a vytvoria deuterón, pozitrón a elektrónové neutríno. V druhom štádiu sa deuterón spája s protónom a vytvára jadro hélia-3. Nakoniec sa dve jadrá atómu hélia-3 spoja a vytvoria jadro atómu hélia-4. Tým sa uvoľnia dva protóny, ktoré spúšťajú nové reakcie.
Zvyšok slnečnej energie sa dodávav dôsledku reakcií cyklu CNO. Ide o sériu termonukleárnych reakcií (vrátane spaľovania kyslíka a uhlíka), v ktorých uhlík, kyslík a dusík pôsobia ako katalyzátory, ktoré prispievajú k premene atómov vodíka (protónov) na atómy hélia-4. Protón-protónový reťazec aj CNO cyklus produkujú neutrína ako vedľajšie produkty.
Protón-protónový reťazec. Sarang, verejná doména, prostredníctvom Wikimedia Commons
Cyklus CNO. Obrázok: Kirill Borisenko, CC BY-SA 4.0, prostredníctvom Wikimedia Commons
Meranie vnútorného zloženia Slnka
Doteraz mali astrofyzici dva spôsoby, ako preskúmať vnútorné zloženie hviezdy, ktorá je najbližšie k Zemi. Ide o spektroskopiu a helioseizmológiu.
Spektroskopia Slnka. Obrázok: N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF
Pri použití spektroskopie vedciAnalyzujte spektrum slnečného svetla a hľadajte „odtlačky prstov“ rôznych chemických prvkov. Každý z nich absorbuje svetlo s určitou vlnovou dĺžkou, následkom čoho v závislosti od zloženia vznikajú na spektre tmavé čiary - absorpčné čiary.
Mimochodom, bolo to vďaka spektroskopiiprvýkrát bolo objavené hélium. Tento prvok nebol v tom čase na Zemi objavený, pri pozorovaní jeho absorpčnej čiary na spektre slnečného svetla v chromosfére hviezdy počas zatmenia Slnka výskumníci zistili, že existuje nejaký ďalší prvok, ktorý (ako sa vtedy verilo) nie je vyskytujú na našej planéte.
Ilustrácia šírenia akustických vĺn vo vnútri Slnka. Obrázok: ESA, NASA
Druhý prístup k analýze zloženia hviezdy je tzvhelioseizmológia. Vedci pomocou tejto metódy merajú zvukové vlny, ktoré sa dostanú na povrch Slnka po odraze vo vnútri hviezdy. Navyše, čím viac ťažkých prvkov je na Slnku, tým viac bráni prenikaniu zvukových vĺn na povrch, čo znamená, že hviezda má vyššiu metalicitu.
V minulosti navrhované metódy dávali porovnateľnéodhady, ale keď sa presnosť merania zlepšila, údaje sa rozchádzali. Na zosúladenie (alebo hádku) dvoch metód merania vedci prišli s novým prístupom.
V roku 2020 fyzici oznámili, že po prvý razobjavil neutrína slnečného cyklu CNO pomocou detektorov experimentu Borexino. Údaje zbierali medzi januárom 2017 a októbrom 2021, pričom pozorovali v priemere 4,8 CNO neutrín za deň. V novom článku publikovanom v časopise Physical Review Letters vedci uvádzajú, že znížili chybu predchádzajúcich meraní na polovicu a presnejšie určili obsah uhlíka a dusíka v jadre Slnka.
Aká je metalita Slnka?
Od začiatku 21. storočia sa merania vykonávali spomocou spektroskopie a helioseizmológie sa začali rozchádzať. Prvý spôsob merania ukázal nižší obsah ťažkých prvkov ako analýza zvukových vĺn. Výsledky pozorovaní neutrín potvrdzujú teóriu helioseizmografov s vysokou metalicitou: hovoria, že množstvo ťažkých prvkov je o 9 – 58 % viac, ako naznačuje teória založená na spektroskopii.
Jedným z možných vysvetlení týchto rozdielov jemeraní môže byť rozdiel v koncentrácii chemických prvkov na povrchu a vo vnútri jadra hviezdy. Túto hypotézu navrhujú astrofyzici, ktorí publikovali výsledky svojho modelovania v časopise Astronomy & astrofyzika. Ukázali, že ak Slnko zbieralo materiál z protosolárneho disku počas jeho formovania nerovnomerne, potom by metalicita jeho jadra mohla byť o 5 % vyššia ako na povrchu.
Zatiaľ je to len hypotéza, že môžupotvrdiť alebo vyvrátiť budúce merania. Táto hypotéza však dáva nádej, že výskumníci používajúci rôzne prístupy k svojim meraniam budú schopní dosiahnuť konsenzus a vytvoriť jednotný a konzistentný model Slnka, a teda lepšie pochopiť, ako fungujú iné hviezdy, ktorých vzdialenosť neumožňuje použitie toľko alternatívnych nástrojov.
Skutočnosť, že vo vnútri Slnka je oveľa viacviac uhlíka, kyslíka a dusíka "mení chápanie toho, ako sa tvoria chemické prvky, ako sa hviezdy vyvíjajú, ako žijú a umierajú," poznamenávajú vedci.
Čítaj viac:
Vymenované potraviny, ktoré spôsobujú rakovinu. Podávajú sa na novoročný stôl
Čínsky rover objavil na Mesiaci stopy čadiča, ktorý doteraz nikto nevidel
Najkrajšie fotografie "Webba" pre rok 2022: pozrite sa, čo urobil ďalekohľad za 10 miliárd dolárov
Titulný obrázok: NASA/GSFC/SDO