Modellen som utvecklats av forskarna inkluderar historien om solens rotation men också de magnetiska instabiliteter som den genererar. (c) Sylvia Ekström / UNIGE
I början av 2000-talet reviderade en ny uppsättning data de kemiska förekomsterna vid solens yta, vilket motsäger de värden som förutspåddes av standardmodellerna som används av astrofysiker. Dessa nya överflöd, som ofta utmanades, tog sig igenom flera nya analyser. Eftersom de verkade visa sig vara korrekta var det alltså upp till solmodellerna att anpassa sig, särskilt eftersom de tjänar som referens för studier av stjärnor i allmänhet. Ett team av astronomer från universitetet i Genève, Schweiz (UNIGE) i samarbete med Université de Liège, har utvecklat en ny teoretisk modell som löser en del av problemet:med tanke på solens rotation, som varierade över tiden, och de magnetiska fälten den genererar har de kunnat förklara solens kemiska struktur. Resultaten av denna studie publiceras i Nature Astronomy .
"Solen är den stjärna som vi bäst kan karakterisera, så den utgör ett grundläggande test för vår förståelse av stjärnfysik. Vi har överflödsmätningar av dess kemiska grundämnen, men också mätningar av dess inre struktur, som i fallet med jorden tack vare seismologi", förklarar Patrick Eggenberger, forskare vid institutionen för astronomi vid UNIGE och första författare till studien.
Dessa observationer bör falla i linje med de resultat som förutspås av de teoretiska modellerna som syftar till att förklara solens utveckling. Hur förbränner solen sitt väte i kärnan? Hur produceras energi där och transporteras sedan mot ytan? Hur driver kemiska grundämnen i solen, påverkade både av rotation och magnetfält?
Standardmodellen för solceller
"Standardsolmodellen vi använt hittills betraktar vår stjärna på ett mycket förenklat sätt, å ena sidan med avseende på transporten av de kemiska elementen i de djupaste lagren, å andra sidan för rotationen och de inre magnetfälten som var helt försummade fram till nu", förklarar Gaël Buldgen, forskare vid UNIGEs avdelning för astronomi och medförfattare till studien.
Allt fungerade dock bra fram till början av 2000-talet, då ett internationellt forskarteam drastiskt reviderade solförrådet tack vare en förbättrad analys. De nya överflöden orsakade djupa krusningar i vattnet i solmodelleringen. Från och med då kunde ingen modell återskapa data som erhölls genom helioseismologi (analysen av solens svängningar), i synnerhet mängden helium i solhöljet.
En ny modell och nyckelrollen för rotation och magnetfält
Den nya solmodellen som utvecklats av UNIGE-teamet inkluderar inte bara utvecklingen av rotation som förmodligen var snabbare förr, utan också den magnetiska instabilitet som den skapar. "Vi måste absolut samtidigt överväga effekterna av rotation och magnetfält på transporten av kemiska grundämnen i våra stjärnmodeller. Det är viktigt för solen som för stjärnfysiken i allmänhet och har en direkt inverkan på universums kemiska utveckling, givet att de kemiska grundämnena som är avgörande för livet på jorden tillagas i stjärnornas kärna, säger Patrick Eggenberger.
Den nya modellen förutsäger inte bara med rätta koncentrationen av helium i solens yttre skikt, utan den återspeglar också litiums koncentration som hittills motstått modellering. "Förekomsten av helium återges korrekt av den nya modellen eftersom solens inre rotation som påtvingas av magnetfälten genererar en turbulent blandning som förhindrar detta element från att falla för snabbt mot stjärnans centrum; samtidigt observeras mängden litium på solytan reproduceras också eftersom samma blandning transporterar den till de varma regionerna där den förstörs", förklarar Patrick Eggenberger
Problemet är inte helt löst
Den nya modellen löser dock inte alla utmaningar som helioseismologi ger upphov till:"Tack vare helioseismologi vet vi inom 500 km i vilken region materiens konvektiva rörelser börjar, 199 500 km under solens yta. Men de teoretiska modellerna av solen förutspår en djupförskjutning på 10 000 km", säger Sébastien Salmon, forskare vid UNIGE och medförfattare till tidningen. Om problemet kvarstår med den nya modellen, öppnar det en ny dörr till förståelse:"Tack vare den nya modellen belyser vi de fysiska processer som kan hjälpa oss att lösa denna kritiska skillnad."
Uppdatering av solliknande stjärnor
"Vi kommer att behöva revidera massorna, radierna och åldrarna som erhållits för stjärnorna av soltyp som vi har studerat hittills", säger Gaël Buldgen och beskriver nästa steg. Faktum är att i de flesta fall överförs solfysiken till fallstudier nära solen. Därför, om modellerna för att analysera solen modifieras, måste denna uppdatering även utföras för andra stjärnor som liknar vår.
Patrick Eggenberger säger:"Detta är särskilt viktigt om vi bättre vill karakterisera planeternas värdstjärnor, till exempel inom ramen för PLATO-uppdraget." Detta observatorium med 24 teleskop bör flyga till Lagrange-punkten 2 (1,5 miljoner kilometer från jorden, mitt emot solen) 2026 för att upptäcka och karakterisera små planeter och förfina egenskaperna hos deras värdstjärna. + Utforska vidare
