Новая теоретическая модель объясняет вращение Солнца и магнитное поле
Группа астрономов из Женевского университета в Швейцарии (UNIGE) в сотрудничестве с Льежским университетом разработала новую теоретическую модель, которая решает следующие проблемы: рассмотрение вращения Солнца, меняющегося во времени, и магнитных полей, которые оно создает. порождает, они смогли объяснить химическую структуру солнца. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Модель, разработанная учеными, включает в себя историю вращения Солнца, а также порождаемые им магнитные нестабильности. (c) Сильвия Экстрем / UNIGE
В начале 2000-х новый набор данных пересмотрел содержание химических веществ на поверхности Солнца, противореча значениям, предсказываемым стандартными моделями, используемыми астрофизиками. Часто оспариваемые, эти новые изобилия прошли через несколько новых анализов. Поскольку они, казалось, оказались правильными, таким образом, солнечные модели должны были адаптироваться, тем более что они служат эталоном для изучения звезд в целом. Группа астрономов из Женевского университета в Швейцарии (UNIGE) в сотрудничестве с Льежским университетом разработала новую теоретическую модель, которая решает часть проблемы: рассмотрение вращения Солнца, меняющегося во времени, и магнитных полей, которые оно порождает, они смогли объяснить химическую структуру солнца. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
«Солнце — это звезда, которую мы можем лучше всего охарактеризовать, поэтому оно представляет собой фундаментальный тест для нашего понимания звездной физики. У нас есть измерения содержания его химических элементов , а также измерения его внутренней структуры, как в случае Земли, благодаря сейсмологии», — объясняет Патрик Эггенбергер, научный сотрудник отдела астрономии UNIGE и первый автор исследования.
Эти наблюдения должны соответствовать результатам, предсказанным теоретическими моделями , целью которых является объяснение эволюции Солнца. Как Солнце сжигает свой водород в ядре? Как энергия производится там, а затем транспортируется к поверхности? Как химические элементы дрейфуют внутри Солнца под влиянием как вращения, так и магнитных полей?
Стандартная солнечная модель
«Стандартная солнечная модель, которую мы использовали до сих пор, рассматривает нашу звезду очень упрощенно, с одной стороны, в отношении переноса химических элементов в самые глубокие слои, с другой стороны, для вращения и внутренних магнитных полей. которыми до сих пор полностью пренебрегали», — объясняет Гаэль Булдген, научный сотрудник отдела астрономии UNIGE и соавтор исследования.
Однако все работало нормально до начала 2000-х годов, когда международная научная группа кардинально пересмотрела солнечное изобилие благодаря улучшенному анализу. Новое изобилие вызвало глубокие колебания в водах солнечного моделирования. С тех пор ни одна модель не могла воспроизвести данные, полученные гелиосейсмологией (анализом колебаний Солнца), в частности содержание гелия в солнечной оболочке.
Новая модель и ключевая роль вращения и магнитных полей
Новая солнечная модель, разработанная командой UNIGE, включает в себя не только эволюцию вращения, которая, вероятно, была быстрее в прошлом, но и создаваемые ею магнитные нестабильности. «Мы обязательно должны учитывать одновременно влияние вращения и магнитных полей на перенос химических элементов в наших звездных моделях. Это важно для Солнца, как и для звездной физики в целом, и имеет прямое влияние на химическую эволюцию Вселенной, учитывая что химические элементы, которые имеют решающее значение для жизни на Земле, готовятся в недрах звезд», — говорит Патрик Эггенбергер.
Новая модель не только правильно предсказывает концентрацию гелия во внешних слоях Солнца, но также 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, которое препятствует слишком быстрому падению этого элемента к центру звезды; одновременно наблюдаемое содержание лития на поверхности Солнца также воспроизводится, потому что это же смешивание переносит его в горячие регионы, где он разрушается», — объясняет Патрик Эггенбергер.
Проблема не решена полностью
Однако новая модель не решает всех задач, поставленных гелиосейсмологией: «Благодаря гелиосейсмологии мы знаем в пределах 500 км, в какой области начинаются конвективные движения вещества, на 199 500 км ниже поверхности Солнца. Солнце предсказывает смещение по глубине на 10 000 км», — говорит Себастьян Салмон, исследователь UNIGE и соавтор статьи. Если проблема с новой моделью все еще существует, это открывает новую дверь для понимания: «Благодаря новой модели мы проливаем свет на физические процессы, которые могут помочь нам решить эту критическую разницу».
Обновление солнечноподобных звезд
«Нам придется пересмотреть массы, радиусы и возрасты, полученные для звезд солнечного типа, которые мы изучали до сих пор», — говорит Гаэль Булдген, подробно описывая следующие шаги. Действительно, в большинстве случаев физика Солнца переносится на исследования вблизи Солнца. Поэтому, если модифицируются модели для анализа Солнца, это обновление должно быть выполнено и для других звезд, подобных нашей.
Патрик Эггенбергер говорит: «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 миллиона километров от Земли, напротив Солнца) в 2026 году, чтобы обнаружить и охарактеризовать малые планеты и уточнить характеристики их родительской звезды.
