Решить часть «солнечной проблемы»

Международной группе астрономов удалось разработать модель, позволяющую частично решить «солнечную проблему».

С солнцем все было не так! Новый набор данных в начале 2000-х годов понизил химическое содержание на поверхности Солнца, в отличие от уровней, предсказываемых стандартными моделями, используемыми астрофизиками. Это новое изобилие часто оспаривалось несколькими новыми анализами. Поскольку они казались правильными, солнечные модели должны были адаптироваться, тем более что они служат эталоном для изучения звезд в целом. Группа астрономов из UNIGE в сотрудничестве с Льежским университетом разработала новую теоретическую модель, которая решает часть проблемы: изучая вращение Солнца, которое менялось со временем, и создаваемые им магнитные поля, они смогли объяснить химический состав Солнца. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

«Солнце — это звезда, которую мы можем различить лучше всего, поэтому она представляет собой важную проверку нашего понимания звездной физики, — объясняет Патрик Эгенбергер, исследователь кафедры астрономии Женевского университета в Швейцарии (UNIGE) и первый автор исследования. исследование.

Эти наблюдения должны согласовываться с результатами, предсказанными теоретическими моделями, призванными объяснить эволюцию Солнца. Как солнце сжигает водород в сердце? Как энергия производится там, а затем передается на поверхность? Как химические элементы дрейфуют внутри Солнца под воздействием вращения и магнитных полей?

Солнечная стандартная модель

«Стандартная солнечная модель, которую мы использовали до сих пор, рассматривает нашу звезду очень упрощенно, с одной стороны, с точки зрения переноса химических элементов в более глубокие слои, а с другой стороны, вращения и внутренних магнитных полей, которые имеют до сих пор полностью игнорировалось», — объясняет Гейл Болдген, исследователь кафедры астрономии UNIGE и соавтор исследования.

Однако все шло хорошо до начала 2000-х годов, когда международная научная группа провела радикальный анализ изобилия солнечной энергии благодаря улучшенному анализу. Новое изобилие вызвало глубокую рябь в водах солнечного моделирования. С тех пор ни одна модель не смогла воспроизвести данные, полученные гелиосмологией (анализом колебаний Солнца), в частности содержание гелия в гелиосфере.

Новая модель и главная роль вращения и магнитных полей

Новая солнечная модель, разработанная командой UNIGE, включает не только эволюцию вращения, которая могла быть быстрее в прошлом, но и магнитную нестабильность, которую она создала. «Мы должны обязательно задуматься о влиянии вращения и магнитных полей на перенос химических элементов в наших звездных моделях. Это так же важно для Солнца, как и для звездной физики в целом, и оказывает прямое влияние на химическую эволюцию звезд. Вселенной, так как химические элементы, необходимые для жизни на Земле, готовятся в недрах звезд».

Новая модель не только правильно предсказывает концентрацию гелия во внешних слоях Солнца, но и отражает концентрацию лития, которая до сих пор сопротивлялась моделированию. «Обилие гелия правильно воспроизводится новой моделью, потому что внутреннее вращение Солнца, вызванное магнитными полями, создает турбулентное перемешивание, препятствующее слишком быстрому падению этого элемента к центру звезды; в то же время содержание гелия литий, наблюдаемый на поверхности Солнца, также воспроизводится, потому что эта смесь сама переносит его в горячие точки, где он разрушается», — объясняет Патрик Эгенбергер.

Проблема полностью не решена

Однако новая модель не решает всех задач, поставленных гелионаукой: «Благодаря гелионауке мы знаем, на 500 км, в какой области начинаются конвективные движения вещества, на 195 000 км ниже поверхности Солнца. Солнце предсказывает глубину Это 10 000 километров!» — объясняет Себастьян Салмон, исследователь UNIGE и соавтор статьи. Если проблема остается в новой парадигме, это открывает новую дверь для понимания: «Благодаря новой парадигме мы проливаем свет на физические процессы, которые могут помочь нам решить эту важную разницу».

Обновление похожих на солнце звезд

«Нам придется просмотреть массы, радиусы и возрасты, полученные для звезд солнечного типа, которые мы изучали до сих пор», — говорит Гаэль Балдген, подробно описывая следующие шаги. Фактически в большинстве случаев солнечная физика переносится на тематические исследования вблизи Солнца. Поэтому, если модели анализа Солнца будут изменены, это обновление должно быть сделано и для других звезд, подобных нашей.

Патрик Эггенбергер уточняет: «Это особенно важно, если мы хотим лучше охарактеризовать звезды-хозяева планет, например, в рамках миссии PLATO». Эта обсерватория из 24 телескопов должна полететь к точке Лагранжа 2 (1,5 млн км от Земли, напротив Солнца) в 2026 году, чтобы обнаружить и охарактеризовать малые планеты и улучшить свойства их родительской звезды.

Ссылка: «Внутреннее вращение Солнца и его корреляция с солнечной поверхностью Li и He» П. Эггенбергера, Г. Бульдгена, SJAJ Salmon, A. Noels, N. Grevesse и M. Asplund, 26 мая 2022 г., естественная астрономия.
DOI: 10.1038 / s41550-022-01677-0