Astronomii încă nu știu exact ce soarele este făcut de

Ca astronomii privirea în adâncurile spațiului, o fac cu neliniște: Ei nu știu exact ce este făcut universul.nu doar adevărata natură a materiei întunecate le scapă; la fel și esența stelelor care pătează cerul și populează numeroasele galaxii din cosmos., În mod surprinzător, nimeni nu cunoaște compoziția chimică exactă a stelelor: câți atomi de carbon, azot și oxigen au în raport cu hidrogenul, cel mai comun element.aceste numere sunt cruciale, deoarece ele afectează modul în care stelele trăiesc și mor, ce tipuri de planete se formează și chiar cât de ușor ar putea apărea viața pe alte lumi.acum douăzeci de ani, astronomii și-au exprimat încrederea în numerele cu care au lucrat. Acum, nu atât de mult. Problema nu se află în colțurile îndepărtate ale cosmosului, ci mult mai aproape de casă. Uimitor, oamenii de știință nu știu exact din ce este făcut soarele., Drept urmare, nici ei nu știu din ce sunt făcute celelalte stele.deși abundența exactă de oxigen a soarelui este controversată, nimeni nu contestă faptul că stelele mult mai masive decât soarele — similar cu cele mai strălucitoare stele care se nasc acum în Nebuloasa Orion (arătate) — au falsificat cea mai mare parte a oxigenului găsit astăzi pe Pământ și în întregul univers. CREDIT: NASA / ESA / M., ROBBERTO (SPACE TELESCOPE SCIENCE INSTITUTE/ESA) și Telescopul Spațial HUBBLE Orion TREASURY PROJECT TEAM

„soarele este un etalon fundamental”, spune Martin Asplund, astrofizician la Institutul Max Planck pentru Astrofizică din Garching, Germania. „Când determinăm abundența unui anumit element dintr-o stea sau o galaxie sau un nor de gaz oriunde în univers, folosim soarele ca punct de referință.”

asta are sens. Soarele constituie 99,86% din masa sistemului solar., Orice sondaj care a consultat același procent de alegători nu ar avea nicio problemă să prezică rezultatul următoarelor alegeri.locația soarelui în Calea Lactee îl face, de asemenea, un bun reprezentant al întregii galaxii. La fel cum opiniile politice variază de la nucleul urban la cel rural, tot așa abundențele stelare se schimbă de la centrul galactic la margine, iar soarele se întâmplă să fie în poziția perfectă — cam la jumătatea distanței dintre centrul Căii Lactee și marginea discului său de stele — pentru a gusta întreaga galaxie.,mai mult, majoritatea stelelor din univers se află în galaxii gigantice precum Calea Lactee, ceea ce face din soare o piatră de încercare pentru întregul cosmos.în plus, soarele este atât de strălucitor încât astronomii pot studia detaliile luminii sale cu o precizie deosebită. Acest lucru ar trebui să le permită să determine abundența exactă a elementelor chimice ale soarelui.timp de aproape un secol, astronomii au considerat stelele normale sau nu, văzând dacă compoziția lor chimică se potrivește cu cea a soarelui. majoritatea stelelor de lângă noi o fac; unele nu.,

de Aceea, articolul de pe soare compoziția chimică de Asplund și colegii săi din 2009 Revizuire Anuală de Astronomie și Astrofizică, a obținut mai mult de 4.000 de citări academice de la colegii de oamenii de stiinta: Astronomii compara în mod constant stele și galaxii la soare. Este standardul universal.dar munca lui Asplund este controversată. El și colegii săi au folosit noi modele pentru a analiza lumina soarelui și au găsit niveluri drastic mai scăzute ale celor mai comune elemente grele din soare — inclusiv carbon și oxigen — în comparație cu calculele anterioare., (Astronomii numesc majoritatea elementelor mai grele decât heliul „grele”.”) Prin urmare, lucrarea lui Asplund implică faptul că celelalte stele și într-adevăr întregul cosmos au o cantitate mult mai mică de elemente grele decât se credea anterior.cât de mult din cele patru elemente grele cele mai comune — oxigen, carbon, neon și azot — conține soarele? Această diagramă prezintă abundențe relative pentru zeci de elemente (puncte albastre, cele mai comune elemente etichetate), exprimate pe o scară logaritmică unde numărul de atomi de hidrogen este setat la 12., (Un element cu o abundență de 11 este o zecime la fel de comun ca hidrogenul; dacă 10, este o sută la fel de comun; și așa mai departe.) În 1989, abundența standard de oxigen era de 8,93, ceea ce însemna că existau 1.175 atomi de hidrogen pentru fiecare atom de oxigen. Cu toate acestea, în 2009, Martin Asplund a favorizat o abundență de oxigen de numai 8.69, ceea ce însemna că există 2.042 atomi de hidrogen pentru fiecare atom de oxigen. Abundența estimată de carbon, azot și neon a scăzut, de asemenea.

luați oxigen. „Acesta este cel mai abundent element greu din univers”, spune Marc Pinsonneault, astronom la Universitatea de Stat din Ohio., El a fost un critic al numerelor lui Asplund, deoarece acestea duc la conflicte cu observațiile din interiorul Soarelui.

„soarele este una dintre singurele metode pe care le avem de a măsura de fapt cât de mult oxigen există. Deci, dacă Asplund este corect … asta înseamnă că 40 la sută mai puțin oxigen în univers perioadă, pentru că toate măsurătorile obține înmulțit cu orice presupunem pentru soare,” Pinsonneault spune.

controversa a îndurat timp de 20 de ani; niciuna dintre părți nu a cedat celeilalte. „Încă nu am găsit răspunsul”, spune Katharina Lodders, cosmochimistă la Universitatea Washington din St., Louis care ghicește abundențe de meteoriți și solicită disputa de lungă durată frustrant. „Cred că” ce ne lipsește?”este una dintre cele mai mari provocări pentru oamenii de știință. Cum se poate, că există ceva ce nu putem explica? Trebuie să existe un răspuns.nivelurile inferioare de oxigen și alte elemente grele pe care avocații Asplund le-au provocat nu doar incertitudine, ci și probleme. „Am bănuit foarte devreme că va duce la un conflict”, spune el.cu toate acestea, atât Asplund, cât și Pinsonneault spun că dezbaterea este una prietenoasă., „Nu suntem de acord foarte puternic cu privire la interpretarea științifică”, spune Asplund, ” dar suntem foarte fericiți să ieșim la o bere după aceea.din fericire, o varietate de experimente actuale și viitoare pot rezolva în cele din urmă problema.în ciuda controversei, toată lumea este de acord cu elementele de bază: soarele constă în principal din hidrogen și heliu, cele două elemente cele mai ușoare. Generează energie în centrul său prin reacții nucleare care transformă hidrogenul în heliu. Dar din cauza muncii lui Asplund, cantitățile următoarelor elemente cele mai abundente sunt toate în dispută.,

contează enorm. Oxigenul reprezintă aproape jumătate din toți atomii grei din univers. Majoritatea acestor atomi își urmăresc nașterea la stele mult mai masive decât soarele. La sfârșitul vieții lor luminoase, dar scurte, aceste stele fuzionează patru nuclee de heliu împreună pentru a produce oxigen. Stelele explodează în cele din urmă, împușcând elementul dătător de viață. O singură supernovă poate scoate mai mult decât o masă solară de oxigen. Dacă nivelul oxigenului din soare și astfel întregul univers este la fel de scăzut cum crede Asplund, aceste stele masive producătoare de oxigen au fost mult mai puțin prolifice decât s-a crezut.,aproape jumătate din toți atomii grei din univers sunt oxigen (măsurat prin numărul de atomi, nu prin greutate). Și doar patru elemente — oxigen, carbon, neon și azot — reprezintă 88% din toți atomii grei, dar numărul lor exact în raport cu hidrogenul a fost contestat.

oxigenul este vital în moduri atât evidente, cât și nu. Evident: avem nevoie de oxigen pentru a respira. Mai puțin evident: mai mult de jumătate din atomii din rocile de sub picioarele noastre sunt oxigen. Și elementul a jucat un rol important în formarea tuturor planetelor din sistemul nostru solar.,importanța critică a oxigenului nu se termină aici. La urma urmei, există un atom de oxigen în fiecare moleculă de apă. „Apa este esențială pentru viață”, spune Lodders. „Apa era esențială pentru formarea vieții.”Deci, fără oxigen, fără apă și fără viață.

continuați, soarele rătăcitor

cu toate că este, controversa fierbinte asupra abundenței de oxigen a soarelui și a altor elemente grele a început accidental. La sfârșitul anilor 1990, Asplund a vrut să studieze Stele antice care aveau doar o lipsă de elemente grele. În primul rând, însă, el a considerat că este înțelept să verifice mai bine compoziția soarelui.,pentru a face acest lucru, el și colegii săi au dezvoltat noi modele pentru a explica spectrul solar, curcubeul culorilor pe care steaua noastră le emite. Atomii diferitelor elemente absorb diferite lungimi de undă ale luminii, producând ceea ce se numesc linii spectrale. Cu cât sunt mai mulți atomi ai unui anumit element care există pe suprafața Soarelui, cu atât mai multă lumină absorb atomii și cu atât liniile spectrale sunt mai puternice. Liniile spectrale pot astfel dezvălui abundența unui element în raport cu hidrogenul, care este ingredientul principal al soarelui.,deoarece soarele stabilește standardul, oamenii de știință pot vedea metaforic întregul univers într-o singură rază de soare: analizând spectrul solar, ei pot determina proporțiile de hidrogen, carbon, azot și oxigen în întregul cosmos.noile modele ale lui Asplund au fost mult mai sofisticate decât cele anterioare, evitând simplificările și aproximările. „Nu am avut nicio așteptare reală că acest lucru va schimba deloc abundența solară”, spune el. „A fost un fel de lovitură norocoasă.”

Încă, Pinsonneault recunoaște că Asplund noile modele sunt superioare celor precedente și lor redeterminare solar abundența ar trebui să fie valabil. În primul rând, modelele lui Asplund iau în considerare convecția, pe care munca anterioară o neglijase. Echipa sa a recunoscut, de asemenea, că o linie spectrală roșie care se presupune că a apărut din oxigen este de fapt un amestec de oxigen și nichel; scăderea contribuției nichelului a dus la o abundență mai mică de oxigen.o mare parte din problemă provine din atomul de oxigen în sine. „Este doar un copil cu probleme”, spune Pinsonneault., „A fost întotdeauna un copil probleme.deși oxigenul este obișnuit, el produce puține linii spectrale în lumina soarelui, toate fiind greu de analizat, astfel încât elementul lasă puține indicii despre abundența sa. „În schimb, toată lumea este de acord cu abundența fierului solar”, spune Pinsonneault. Asta pentru că fierul produce o multitudine de linii spectrale care sunt coapte pentru analiză.la fel ca Lodders, pinsonneault numește disputa aparent eternă frustrantă. „A fost surprinzător de greu să obținem informații noi pentru a rezolva problema”, spune el. „Avem nevoie doar de date noi pentru a putea sparge acest lucru.,”

ceva nou sub soare

Din fericire, datele proaspete vor veni în curând. În laborator, fizicienii pot măsura opacitățile diferitelor elemente, supunându-le temperaturilor toride care predomină în interiorul Soarelui. În ultimii ani, oamenii de stiinta au convins aceste experimente la temperaturi și mai mari — suficient de fierbinte pentru a sonda condiții similare celor adânc sub suprafața solară, la convective-radiativ limită — și în plasmele suficient de mare și de lungă durată pentru randament numere exacte.,în 2015, Jim Bailey, fizician experimental la Sandia National Laboratories, și colegii săi au raportat că opacitatea fierului la soare este într-adevăr mai mare decât se aștepta. „Rezultatul nostru a făcut astronomie comunitate destul de fericit”, spune el, „pentru că asta înseamnă că există cel puțin o speranță că pot reconcilia ceea ce cred ei că sunt cele mai bune estimări ale abundenței cu standardul solare model și cu helioseismology.Bailey și-a îndreptat acum atenția asupra oxigenului și se așteaptă la primele sale rezultate în trei ani., Dacă oxigenul se dovedește a fi mai opac decât se calculează în prezent, atunci soarele nu are nevoie de atât de mult din element pentru a menține locația observată a limitei radiativ-convective. Acest lucru ar putea elimina discrepanța dintre noile abundențe solare și helioseismologie.între timp, atât Asplund, cât și Pinsonneault indică o altă soluție promițătoare. Pe măsură ce miezul soarelui generează energie, emite neutrini, particule fantomatice care se îndepărtează și ajung pe Pământ aproximativ opt minute mai târziu. Studiile în curs ale acestor neutrini ar trebui să ofere o nouă modalitate de a estima abundențele elementare., Asta pentru că anumite neutrinii apar într-un proces care utilizează carbon, oxigen, azot drept catalizatori pentru a converti de hidrogen în heliu.acest ciclu CNO generează doar aproximativ 1% din energia soarelui, dar cu cât mai mult carbon, azot și oxigen are cu adevărat soarele, cu atât mai mulți dintre acești neutrini CNO ar trebui să existe. Acum șase ani, fizicienii au folosit experimentul Borexino din Italia pentru a detecta neutrinii din reacția nucleară principală a soarelui., În această săptămână, cercetătorii Borexino au anunțat că același experiment a ridicat neutrinii CNO, ceea ce înseamnă că este doar o chestiune de timp până când vor ajuta la dezvăluirea abundențelor solare.ciclul CNO generează doar 1% din energia soarelui, dar poate dezvălui într-o zi cât de mult carbon, azot și oxigen conține soarele. În acest ciclu complex, nucleele de carbon, azot și oxigen catalizează reacția nucleară hidrogen-heliu, dar nu se obișnuiesc în acest proces. Ciclul CNO transformă patru protoni într-un nucleu de heliu, creând energie și emițând doi neutrini (magenta)., Fizicienii au anunțat recent că au reușit să detecteze acest tip de neutrino pentru prima dată.

verdictul final?

Lodders notează un alt motiv de speranță. A fost odată, astronomii au argumentat asupra abundenței de fier cosmic: spectrul solar a dat un nivel diferit decât meteoriții. „A fost un mare mister pentru o lungă perioadă de timp”, spune ea. Dezbaterea s-a încheiat atunci când astronomii au folosit parametrii atomici nou măsurați pentru fier și și-au revizuit calculele privind abundența fierului solar, justificând rezultatul meteoritic.,Asplund se așteaptă ca experimentele în curs de opacitate și neutrino să rezolve controversa. „Nu mi-aș paria casa pe asta”, spune el, ” dar aș fi foarte dezamăgit dacă nu știm de fapt care este răspunsul peste 10 ani.”

Acest articol a apărut inițial în revista Knowable, un efort jurnalistic independent din recenziile anuale.