Ny teoretisk model tager højde for solens rotation og magnetfelt

I begyndelsen af ​​2000'erne reviderede et nyt sæt data de kemiske forekomster ved solens overflade, hvilket modsiger de værdier, der blev forudsagt af standardmodellerne, der blev brugt af astrofysikere. Disse nye overfloder blev ofte udfordret og kom igennem flere nye analyser. Da de så ud til at vise sig at være korrekte, var det således op til solmodellerne at tilpasse sig, især da de tjener som reference til studiet af stjerner generelt. Et hold af astronomer fra universitetet i Genève, Schweiz (UNIGE) har i samarbejde med Université de Liège udviklet en ny teoretisk model, der løser en del af problemet:at tage hensyn til solens rotation, der varierede gennem tiden, og de magnetiske felter, den genererer, har de været i stand til at forklare solens kemiske struktur. Resultaterne af denne undersøgelse er offentliggjort i Nature Astronomy .

"Solen er den stjerne, vi bedst kan karakterisere, så den udgør en grundlæggende test for vores forståelse af stjernernes fysik. Vi har overflodsmålinger af dens kemiske grundstoffer, men også målinger af dens indre struktur, som i tilfældet med Jorden takket være seismologi," forklarer Patrick Eggenberger, en forsker ved Institut for astronomi i UNIGE og førsteforfatter af undersøgelsen.

Disse observationer skulle falde i tråd med resultaterne forudsagt af de teoretiske modeller, som sigter mod at forklare solens udvikling. Hvordan forbrænder solen sin brint i kernen? Hvordan produceres energi der og transporteres derefter mod overfladen? Hvordan driver kemiske grundstoffer i solen, påvirket både af rotation og magnetiske felter?

Standard solcellemodellen

"Den standard solmodel, vi har brugt indtil nu, betragter vores stjerne på en meget forenklet måde, på den ene side med hensyn til transporten af ​​de kemiske grundstoffer i de dybeste lag; på den anden side for rotationen og de indre magnetfelter som var fuldstændig forsømt indtil nu," forklarer Gaël Buldgen, en forsker ved Institut for Astronomi i UNIGE og medforfatter af undersøgelsen.

Men alt fungerede fint indtil begyndelsen af ​​2000'erne, hvor et internationalt videnskabeligt hold drastisk reviderede solmængderne takket være en forbedret analyse. De nye overflod forårsagede dybe krusninger i vandet i solmodelleringen. Fra da af var ingen model i stand til at reproducere data opnået ved helioseismologi (analysen af ​​solens svingninger), især mængden af ​​helium i solkappen.

En ny model og nøglerollen for rotation og magnetiske felter

Den nye solmodel udviklet af UNIGE-teamet inkluderer ikke kun udviklingen af ​​rotation, som sandsynligvis var hurtigere i fortiden, men også de magnetiske ustabiliteter, den skaber. "Vi skal absolut samtidig overveje virkningerne af rotation og magnetiske felter på transporten af ​​kemiske grundstoffer i vores stjernemodeller. Det er vigtigt for solen som for stjernefysikken generelt og har en direkte indflydelse på universets kemiske udvikling, givet at de kemiske grundstoffer, der er afgørende for livet på Jorden, tilberedes i stjernernes kerne," siger Patrick Eggenberger.

Ikke alene forudsiger den nye model med rette koncentrationen af ​​helium i de ydre lag af solen, men den afspejler også lithiums koncentration, som hidtil modstod modellering. "Mængden af ​​helium er korrekt gengivet af den nye model, fordi den indre rotation af solen påført af magnetfelterne genererer en turbulent blanding, som forhindrer dette element i at falde for hurtigt mod midten af ​​stjernen; samtidig observeres mængden af ​​lithium på soloverfladen reproduceres også, fordi den samme blanding transporterer det til de varme områder, hvor det ødelægges," forklarer Patrick Eggenberger

Problemet er ikke fuldt løst

Den nye model løser dog ikke enhver udfordring, som helioseismologien rejser:"Takket være helioseismologien ved vi inden for 500 km, i hvilket område stoffets konvektive bevægelser begynder, 199.500 km under solens overflade. Men de teoretiske modeller af solen forudsiger en dybdeforskydning på 10.000 km," siger Sébastien Salmon, forsker ved UNIGE og medforfatter af papiret. Hvis problemet stadig eksisterer med den nye model, åbner det en ny dør til forståelse:"Takket være den nye model kaster vi lys over de fysiske processer, der kan hjælpe os med at løse denne kritiske forskel."

Opdatering af sol-lignende stjerner

"Vi bliver nødt til at revidere masserne, radierne og aldre opnået for stjernerne af soltypen, som vi har undersøgt indtil videre," siger Gaël Buldgen og beskriver de næste trin. Faktisk er solfysik i de fleste tilfælde transponeret til casestudier tæt på solen. Hvis modellerne til at analysere solen ændres, skal denne opdatering derfor også udføres for andre stjerner, der ligner vores.

Patrick Eggenberger siger:"Dette er særligt vigtigt, hvis vi bedre vil karakterisere værtsstjernerne på planeter, for eksempel inden for rammerne af PLATO-missionen." Dette observatorium med 24 teleskoper skulle flyve til Lagrange-punktet 2 (1,5 millioner kilometer fra Jorden, modsat solen) i 2026 for at opdage og karakterisere små planeter og forfine deres værtsstjernes karakteristika. + Udforsk yderligere

Kerneoverskridelse begrænset af fraværet af en konvektiv solkerne og nogle sol-lignende stjerner