Komposisi Terkoreksi Matahari – Pengukuran elemen mengoreksi perbedaan antara spektrograf dan ilmu matahari

Sangat berbeda: Matahari kita mengandung lebih banyak oksigen, silikon, dan neon daripada yang diperkirakan sebelumnya — dan proporsi semua elemen berat adalah 26 persen lebih tinggi daripada model saat ini, para astronom telah menemukan. Ini tidak hanya menjelaskan struktur dan komposisi bintang kita, tetapi nilai-nilai baru ini juga menggambarkan perbedaan antara data spektroskopi dan pengukuran heliografi yang membingungkan selama beberapa dekade.

Untuk mengetahui unsur-unsur apa yang terkandung dalam bintang seperti matahari kita, para astronom menggunakan Spektroskopi: Garis-garis gelap dalam pelangi spektrum cahaya mengungkapkan di mana dan bagian mana dari radiasi yang diserap oleh atom. Pada tahun 1920-an, astrofisikawan juga menemukan bahwa kekuatan garis spektral ini juga memungkinkan penarikan kesimpulan tentang suhu pada sumbernya. Sejak itu, spektrum matahari telah membentuk dasar penting untuk model struktur dan evolusi Matahari dan bintang-bintang lainnya.

kontradiksi yang membingungkan

Lebih mengejutkan lagi ketika, beberapa tahun yang lalu, para astronom menyadari bahwa data dan model ini tidak sesuai dengan hasilnya ilmu matahari bugar. Dengan metode pengukuran yang relatif baru ini, para peneliti menggunakan osilasi menit Matahari dan permukaannya untuk menarik kesimpulan tentang proses dan pembentukan di dalamnya. Namun, pengamatan heliosme menyimpang dari model tradisional berdasarkan data spektroskopi pada beberapa titik penting.

Satu kontradiksi adalah bahwa lapisan di Matahari yang dibentuk oleh arus konveksi harus jauh lebih besar daripada yang diprediksi model. Kecepatan gelombang suara di bagian bawah daerah konveksi, jumlah total helium dan pelepasan neutrino matahari juga menunjukkan perbedaan yang jelas dengan model spektroskopi. Selama bertahun-tahun, para astronom bingung dan memperdebatkan kontradiksi mendasar ini, yang dijuluki “krisis kelimpahan matahari”.

Bagaimana perbedaan antara dua metode dasar dan metode penelitian surya ini dapat dijelaskan? Beberapa peneliti telah mengajukan hipotesis yang agak aneh, di mana bintang kita dikatakan telah menelan gas miskin logam pada hari-hari awalnya atau materi gelap tersembunyi di bagian dalam Matahari.

Sebuah penilaian baru dari spektrum matahari

Namun, para astronom yang dipimpin oleh Ekaterina Mag dari Institut Astronomi Max Planck di Heidelberg telah memilih pendekatan yang berbeda. Sejauh ini, model berdasarkan data spektroskopi sebagian besar mengasumsikan keseimbangan termal lokal (LTE) di bagian dalam Matahari. Kemudian, energi di setiap wilayah atmosfer bintang mencapai keseimbangan yang menentukan suhu lokal. Namun, data terbaru menunjukkan bahwa kesetimbangan termal ini tidak tercapai di banyak atmosfer bintang – dan dengan demikian modelnya terlalu disederhanakan.

Jadi Mag dan timnya menggunakan data dari spektrum matahari resolusi tinggi untuk lebih akurat menghitung interaksi radiasi-materi di fotosfer matahari menggunakan apa yang disebut perhitungan non-LTE. Dari perhitungan ini, mereka membangun kembali hubungan antara kekuatan garis spektral dan kelimpahan elemen yang sesuai – dan dengan demikian memperoleh data baru tentang komposisi kimia Matahari.

Matahari kaya akan mineral lebih dari yang diharapkan

Hasil yang mengejutkan: Temuan baru menyimpang secara signifikan dari model yang ada untuk beberapa elemen penting. Matahari ternyata mengandung lebih banyak oksigen, silikon, dan neon daripada yang diperkirakan sebelumnya. “Nilai kelimpahan oksigen sekitar 15 persen lebih tinggi dari penelitian sebelumnya,” kata Mag. Secara umum, proporsi unsur-unsur yang lebih berat dari helium di Matahari adalah 26 persen lebih tinggi dari yang diperkirakan sebelumnya – sehingga Matahari jauh lebih kaya mineral daripada asumsi sebelumnya.

Yang terpenting, nilai-nilai baru ini memecahkan “krisis kelimpahan matahari”: dengan memasukkan nilai-nilai elemen spektral ke dalam model struktur dan evolusi matahari, ketidaksesuaian yang membingungkan dengan pengukuran seismik matahari menghilang. “Ini adalah pertama kalinya model surya standar berdasarkan hasil spektroskopi dapat mereproduksi struktur internal Matahari, yang telah ditentukan oleh teknik helioscience,” kata tim peneliti.

Cara yang lebih baik untuk memodelkan energi matahari

Dengan demikian, penelitian ini membuka jalan bagi model baru matahari dan struktur bintang yang kompatibel dengan pengamatan spektroskopi dan heliosmologi. “Model surya baru, yang didasarkan pada nilai komposisi kimia baru yang telah kami identifikasi, lebih realistis dari sebelumnya: mereka menghasilkan model Matahari yang cocok dengan semua informasi yang kami miliki tentang struktur Matahari saat ini. — gelombang suara, neutrino, luminositas, dan radius matahari — tanpa perlu Menggunakan fisika aneh di dalam matahari,” kata Maria Bergmann, sesama MAG.

Keuntungan lain adalah bahwa model baru juga dapat diterapkan dengan lebih baik pada bintang selain Matahari. Ini menempatkan analisis kimia bintang di masa depan, dan dengan demikian rekonstruksi evolusi kimia alam semesta kita, di atas fondasi yang semakin kokoh. (Astronomi dan Astrofisika, 2022; doi: 10.1051/0004-6361/202142971)

Sumber: Institut Astronomi Max Planck

25 Mei 2022

– Nadia Podebrigar