Stellar Science

Löst eine aktuelle Studie das lang diskutierte Problem des Sonnenreichtums?

Ein internationales Team von Astronomen sagt, es habe gerade ein Sonnenrätsel gelöst, das weit über ein Jahrzehnt besteht.

Es gibt zwei Möglichkeiten herauszufinden, woraus die Sonne besteht. Die erste, Spektroskopie genannt, betrachtet das Spektrum der Sonne. Genaue Wellenlängen des Lichts fehlen in diesem Spektrum, weil sie von verschiedenen Elementen in der Sonne verschluckt wurden.

Die zweite Methode heißt Helioseismologie und misst Schallwellen, die im Inneren der Sonne herumprallen. Die Wellen erreichen manchmal die Sonnenoberfläche und lassen sie pulsieren. Die chemische Zusammensetzung der Sonne verändert die Ausbreitung dieser Schallwellen, sodass ihre einzigartigen Muster eine weitere Möglichkeit sind, eine Bestandsaufnahme der Sonne vorzunehmen.

Die Verwendung dieser Werkzeuge, um zu verstehen, woraus die Sonne besteht, ist eine wichtige Arbeit, da wir die Sonne als Maßstab für die Modellierung aller anderen Sterne im Universum verwenden.

Das Spektrum der Sonne umfasst einen Wald aus dunklen Linien, spezifische Wellenlängen, die von Atomen in der Sonne absorbiert werden. Aus solchen Informationen können Astronomen die Temperatur und die chemische Zusammensetzung eines Sterns ableiten. M. Bergemann / MPIA / [email protected]

Anfänglich harmonierten diese beiden Methoden harmonisch miteinander. Aber in den frühen 2000er Jahren, als Astronomen begannen, neue und verbesserte Techniken anzuwenden, gingen die Messungen auseinander. Insbesondere sind sie sich nicht einig über die Menge an Metallen, die die Sonne enthält – das ist Astrosprache für Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind.

Seitdem gab es zahlreiche Versuche, dieses sogenannte Problem der Sonnenhäufigkeit zu lösen, wobei alles vom Sonnenwind bis zur exotischen Physik als Erklärung angepriesen wurde (Einzelheiten finden Sie in der Titelgeschichte von S&T vom April 2021).

Nun, so scheint es, gibt es vielleicht doch kein Wohlstandsproblem zu lösen. Zumindest nach neuen Forschungsergebnissen, die im Mai Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurden.

Ekaterina Magg (Max-Planck-Institut für Astronomie, Deutschland) und ihre Kollegen haben die durch Spektroskopie ermittelten chemischen Häufigkeiten erneut untersucht. Die notwendigen Berechnungen werden erleichtert, wenn Astronomen davon ausgehen, dass der von ihnen betrachtete Sonnenfleck eine konstante Temperatur hat, was sie als lokales thermisches Gleichgewicht (LTE) bezeichnen. Sie wissen jedoch auch, dass dies eine ungenaue Annahme ist.

Durch die Wiederholung der Berechnungen, um eine komplexere Wechselwirkung zwischen Atomen und Strahlung sowie die neuesten Daten einzubeziehen, behaupten Magg und ihre Mitarbeiter einen Durchbruch.

„Laut unserer Analyse enthält die Sonne 26 % mehr Elemente, die schwerer als Helium sind, als frühere Studien gefolgert hatten“, sagt Magg. Die Verwendung dieses neuen Ergebnisses erzeugt ein Sonnenmodell, das mit allen Informationen übereinstimmt, die wir über die heutige Struktur der Sonne haben, einschließlich dessen, was wir von Schallwellen wissen, ohne dass exotische Physik erforderlich ist.

Mit anderen Worten, die Spektroskopiker und Helioseismologen scheinen sich nach zwei Jahrzehnten Streit wieder versöhnt zu haben.

Oder sind Sie? „Das Problem der Sonnenfülle ist noch lange nicht gelöst“, sagt Gaël Buldgen (Universität Genf, Schweiz).

Buldgen, ein Helioseismologe, warnt davor, dass Maggs Team ihre neuen spektroskopischen Modelle mit einem sehr begrenzten Modell der Sonne verglichen hat, einem Modell, das nur ein grundlegendes Rezept für die interne Physik der Sonne verwendet. „Sie vernachlässigen zum Beispiel die Rotation innerhalb der Sonne komplett“, sagt Buldgen. „Sobald Sie die Auswirkungen der Rotation einbeziehen, ist die gefundene Vereinbarung gebrochen.“

Eines der Elemente, die in diese Debatte verwickelt sind, ist Lithium. Die von Standard-Sonnenmodellen vorhergesagte Lithiumhäufigkeit ist viel höher als das, was Astronomen tatsächlich an der Sonnenoberfläche beobachten. Buldgen ist Mitautor einer neuen Arbeit, die diese Woche in Nature Astronomy erscheint, in der er und seine Mitarbeiter argumentieren, dass Instabilitäten aufgrund von Sonnenrotation und Magnetfeldern Lithium – das leichteste Metall – von der Sonnenoberfläche wegziehen.

Das sei der Grund, warum Astronomen weniger Lithium auf der Sonnenoberfläche sehen als erwartet. Diese Arbeit deutet darauf hin, dass die Rotation eine wichtige Rolle bei der chemischen Häufigkeit spielt, die wir auf der Sonne beobachten, aber Maggs Team hat sie noch nicht in ihre Arbeit eingebaut.

Im Moment scheinen wir also in einer Sackgasse zu verharren. Es ist noch weitere Arbeit notwendig, bevor wir sagen können, ob das Problem der Sonnenhäufigkeit wirklich gelöst ist oder ob eine weitere mögliche Erklärung auf der Strecke bleibt.

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