Resolver parte del “problema solar”

El modelo desarrollado por los científicos integra la historia de la rotación del sol pero también las inestabilidades magnéticas que genera. Crédito: Sylvia Ekström / UNIGE

Un equipo internacional de astrónomos ha logrado desarrollar un modelo para resolver parte del “problema solar”.

¡Todo estaba mal con el Sol! Un nuevo conjunto de datos a principios de la década de 2000 redujo la abundancia química en la superficie del Sol, contradiciendo los niveles predichos por los modelos estándar utilizados por los astrofísicos. Estas nuevas abundancias, frecuentemente cuestionadas, han pasado por múltiples análisis nuevos. Como parecían resultar correctos, correspondía a los modelos solares adaptarse, sobre todo porque sirven de referencia para el estudio de las estrellas en general. Un equipo de astrónomos de UNIGE, en colaboración con la Universidad de Lieja, ha desarrollado un nuevo modelo teórico que resuelve parte del problema: teniendo en cuenta la rotación del Sol, que varía con el tiempo, y los campos magnéticos que genera, fueron capaces de explicar la estructura química del Sol. Los resultados de este estudio se publican en la revista Nature Astronomy.

“El Sol es la estrella que mejor podemos caracterizar, por lo que es una prueba fundamental para nuestra comprensión de la física estelar. Tenemos medidas de abundancia de sus elementos químicos, pero también medidas de su estructura interna, como en el caso de la Tierra gracias a la sismología”, explica Patrick Eggenberger, investigador del Departamento de Astronomía de la Universidad de Ginebra, Suiza (UNIGE) y primer autor del estudio.

Estas observaciones deberían ser consistentes con los resultados predichos por los modelos teóricos que pretenden explicar la evolución del Sol. ¿Cómo quema el Sol su hidrógeno en el núcleo? ¿Cómo se produce la energía allí y luego se transporta a la superficie? ¿Cómo se desplazan los elementos químicos en el Sol, influenciados tanto por la rotación como por los campos magnéticos?

El modelo solar estándar

“El modelo solar estándar que hemos utilizado hasta ahora considera nuestra estrella de una manera muy simplificada, por un lado en lo que se refiere al transporte de elementos químicos en las capas más profundas, por otro lado para la rotación y los campos magnéticos internos. que han sido totalmente descuidados hasta ahora”, explica Gaël Buldgen, investigador del Departamento de Astronomía de la UNIGE y coautor del estudio.

Sin embargo, todo funcionó bien hasta principios de la década de 2000, cuando un equipo científico internacional revisó drásticamente las abundancias solares mediante un análisis mejorado. Las nuevas abundancias han provocado profundas ondas en las aguas del modelo solar. Por tanto, ningún modelo podría reproducir los datos obtenidos por la heliosismología (el análisis de las oscilaciones del Sol), en particular la abundancia de helio en la envoltura solar.

Un nuevo modelo y el papel clave de la rotación y los campos magnéticos

El nuevo modelo solar desarrollado por el equipo de UNIGE incluye no solo la evolución de la rotación, que probablemente fue más rápida en el pasado, sino también las inestabilidades magnéticas que crea. “Debemos absolutamente considerar simultáneamente los efectos de la rotación y los campos magnéticos en el transporte de elementos químicos en nuestros modelos estelares. Es importante tanto para el Sol como para la física estelar en general y tiene un impacto directo en la evolución química del Universo, ya que los elementos químicos cruciales para la vida en la Tierra se cocinan en el corazón de las estrellas”, explica Patrick Eggenberger. .

El nuevo modelo no solo predice correctamente la concentración de helio en las capas exteriores del Sol, sino que también refleja la del litio, que hasta ahora se ha resistido a modelar. “La abundancia de helio es reproducida correctamente por el nuevo modelo porque la rotación interna del Sol impuesta por los campos magnéticos genera una mezcla turbulenta que evita que este elemento caiga demasiado rápido hacia el centro de la estrella; simultáneamente, la abundancia de litio observada en la superficie solar también se reproduce porque esa misma mezcla lo transporta a las regiones cálidas donde se destruye”, explica Patrick Eggenberger

El problema no está completamente resuelto.

Sin embargo, el nuevo modelo no resuelve todos los retos que plantea la heliosismología: “Gracias a la heliosismología, sabemos con una precisión de 500 km en qué región comienzan los movimientos convectivos de la materia, 199.500 km por debajo de la superficie del Sol. Sin embargo, ¡los modelos teóricos del Sol predicen un cambio de profundidad de 10.000 km!”, explica Sébastien Salmon, investigador de UNIGE y coautor del artículo. Si el problema persiste con el nuevo modelo, abre una nueva puerta de comprensión: “Con el nuevo modelo, arrojamos luz sobre los procesos físicos que pueden ayudarnos a resolver esta diferencia crítica”.

Estrellas de tipo Sol actualizadas

“Tendremos que revisar las masas, los radios y las edades obtenidas para las estrellas de tipo solar que hemos estudiado hasta ahora”, explica Gaël Buldgen, detallando los próximos pasos. De hecho, en la mayoría de los casos, la física solar se transpone a estudios de casos cercanos al Sol. Por tanto, si se modifican los modelos de análisis del Sol, esta actualización también se debe realizar para otras estrellas similares a la nuestra.

Patrick Eggenberger especifica: “Esto es particularmente importante si queremos caracterizar mejor las estrellas anfitrionas de los planetas, por ejemplo, en el marco de la misión PLATO”. Este observatorio de 24 telescopios debería volar al punto de Lagrange 2 (a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, de cara al Sol) en 2026 para descubrir y caracterizar pequeños planetas y afinar las características de su estrella anfitriona.

Referencia: “La rotación interna del Sol y su vínculo con las abundancias superficiales de Li y He solares” por P. Eggenberger, G. Buldgen, SJAJ Salmon, A. Noels, N. Grevesse y M. Asplund, 26 de mayo de 2022, astronomía natural.
DOI: 10.1038/s41550-022-01677-0