El sol tal como apareció en octubre de 2017,
fotografiado por el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA. NASA / SDO / Seán Doran
Si y cuando los físicos puedan
para precisar el contenido de metal del sol,
ese número podría quitar mucho de lo que
pensamos que sabíamos sobre el
evolución y vida de las estrellas.
Como cualquier estrella en su apogeo, el Sol consiste principalmente en átomos de hidrógeno que se fusionan de dos en dos en helio, liberando una inmensa energía en el proceso.
Pero es la pequeña concentración de elementos pesados del sol, que los astrónomos llaman metales, la que controla su destino.
"Incluso una fracción muy pequeña de metales es suficiente para alterar por completo el comportamiento de una estrella", explicó Sunny Vagnozzi , físico de la Universidad de Estocolmo en Suecia, que estudia la "metalicidad" del sol.
Cuanto más metálica sea una estrella, más opaca (ya que los metales absorben radiación) y cuán opaco se relaciona a su vez con su tamaño, temperatura, brillo, vida útil y otras propiedades clave.
"La metalicidad básicamente también te dice cómo morirá la estrella", dijo Vagnozzi.
Pero la metalicidad del sol , más allá de revelar su propia historia, también sirve como una especie de criterio para calibrar las mediciones de la metalicidad de todas las demás estrellas, y por lo tanto las edades, temperaturas y otras propiedades de las estrellas, galaxias y todo lo demás.
"Si cambiamos el criterio solar, automáticamente significa que nuestra comprensión del cosmos tiene que cambiar", dijo Martin Asplund , un astrofísico de la Universidad Nacional de Australia."Así que tener un conocimiento preciso de la composición química solar es extremadamente importante".
Sin embargo, las mediciones cada vez más precisas de la metalicidad del sol han planteado más preguntas de las que han respondido.
La incapacidad de los astrónomos para resolver el misterio conocido diversamente como la metalicidad solar, la abundancia solar, la composición solar o el problema del modelado solar sugiere que podría haber,
"algo fundamentalmente erróneo" con su comprensión del sol, y por lo tanto de todas las estrellas, dijo Vagnozzi. "Eso sería enorme".
Hace veinte años, los astrónomos pensaron que tenían el sol ordenado.
Las formas directas e indirectas de inferir su metalicidad calificaron al sol como aproximadamente un 1,8 por ciento de metal, una feliz convergencia que los llevó a creer que entendían no solo la longitud de su patrón solar, sino también cómo funciona el sol.
Sin embargo, a lo largo de la década de 2000, las mediciones espectroscópicas cada vez más precisas de la luz solar, una sonda directa de la composición del sol, ya que cada elemento crea líneas de absorción reveladoras en el espectro, indicaron una metalicidad mucho más baja de solo 1.3 por ciento.
Mientras tanto, la helio-sismología, el enfoque indirecto competitivo para inferir metalicidad basado en la forma en que las ondas de sonido de diferentes frecuencias se propagan a través del interior del sol, todavía dice un 1,8 por ciento.
Pero si la teoría del sol de los astrónomos, llamada el "modelo solar estándar", es correcta, la espectroscopía y la helio-sismología deberían estar de acuerdo.
Es decir, los astrónomos deberían poder utilizar las mediciones helio-sismológicas para calcular la profundidad de una capa límite importante en el sol donde la radiación cede ante la convección.
Y esta profundidad se relaciona, según las ecuaciones, con la opacidad del sol y, por lo tanto, con su metalicidad.
Esta secuencia de cálculos debe predecir el mismo valor para la metalicidad que los espectroscopios miden directamente de la luz solar. No es asi.
"Este es un problema no solo para la física solar, sino también para la astronomía en general", dijo Asplund, quien dirigió al equipo detrás de las mediciones espectroscópicas precisas."O los astrónomos no entienden cómo medir las abundancias elementales de las estrellas usando la espectroscopia, o nuestra comprensión del interior de las estrellas y cómo oscilan es incompleta", dijo."De cualquier manera, tiene ramificaciones importantes, ya que las estrellas son las sondas fundamentales del cosmos, con la astrofísica estelar que proporciona gran parte de la base para la astronomía y la cosmología modernas".
Únete a David Kaplan en una gira de realidad virtual que muestra cómo el sol, la Tierra y los otros planetas llegaron a ser. Quanta Magazine y Chorus Films
Después de años de hablar sobre lo que podría estar yendo mal, incluidas las especulaciones sobre la materia oscura al sol, el debate ha llegado a
"un punto muerto", dijo Sarbani Basu , un astrofísico solar en la Universidad de Yale.
Pero hay esperanza.
Recientemente, una débil pista sobre la metalicidad solar ha venido de partículas fugaces que emanan del sol llamadas neutrinos solares .
Las diferentes reacciones de fusión nuclear producen neutrinos solares de diferentes energías, por lo que las partículas llevan información sobre la composición del sol.
En una conferencia realizada el mes pasado en Heidelberg, Alemania, el experimento Borexino, con sede en el Gran Sasso National Laboratory de Italia, informó de detecciones de neutrinos solares que favorecen marginalmente la estimación más alta, del 1,8 por ciento de la metalicidad del sol.
Si esta estimación de alta metalicidad es realmente correcta, esto plantea preguntas sobre qué, exactamente, salió mal con Martin Asplund y las mediciones espectroscópicas de los colaboradores.
"Si el problema es con la espectroscopía, entonces es probable que cometamos errores similares al analizar otras estrellas", dijo, lo que impactaría las interpretaciones de la evolución química de las estrellas y las galaxias como la Vía Láctea.
Pero Asplund defiende su estimación espectroscópica del 1.3 por ciento.
Señala un estudio de 2015 ( Una medición de la opacidad del hierro superior a la prevista a temperaturas solares interiores ) en Nature que indica que los metales pueden aumentar la opacidad incluso más de lo que se pensaba en las condiciones de alta presión del núcleo del sol.
La corrección de esta diferencia en el modelo solar estándar podría reducir las estimaciones helio-sismológicas y de neutrinos de la metalicidad al 1.3 por ciento, dijo.
En los próximos años, el equipo de Borexino espera detectar neutrinos solares raros producidos en el ciclo de CNO , una reacción de fusión al sol en la que átomos de carbono, nitrógeno y oxígeno sirven como catalizadores para fusionar hidrógeno en helio.
"Los neutrinos CNO se ven muy afectados por la metalicidad, por lo que la medición de estos neutrinos podría ser definitiva", dijo Andrea Pocar , física de la Universidad de Massachusetts en Amherst y miembro de la colaboración de Borexino.
Si resulta que el sol es, de hecho, solo un 1.3 por ciento de metal , esto significaría que el modelo solar estándar realmente tiene una opacidad incorrecta.
"Esto afecta esencialmente a toda la astronomía", dijo Asplund, "ya que una comprensión precisa de la evolución estelar sustenta casi todo lo que hacemos".
Las edades estimadas de estrellas y galaxias tendrían que revisarse hasta en un 10 a 15 por ciento.
Desafortunadamente para el sol mismo (y la vida futura en la Tierra), las estrellas de baja metalicidad queman combustible más rápido que las estrellas de alta metalicidad, por lo que nuestro sol moriría aproximadamente mil millones de años antes de lo que pensábamos ...
No hay comentarios:
Publicar un comentario
No se admiten comentarios con datos personales como teléfonos, direcciones o publicidad encubierta