Sonne hat 55 % mehr Silber als bisher angenommen, bestätigen Wissenschaftler nach besserer Mathematik

Forscher der Universität Uppsala haben eine Bombe auf dem Solarmarkt platziert: Die Sonne enthält 55 Prozent mehr Silber als frühere Berechnungen vermuten ließen. Die aktualisierte Schätzung stammt von einem realistischeren Modell der Sonnenatmosphäre und hilft, eine langjährige Diskrepanz bei der gemessenen Silbermenge im Sonnensystem zu lösen.

Die Sonne besteht, wie die meisten Sterne, fast vollständig aus Wasserstoff und Helium. Schwerere Elemente, darunter Kohlenstoff, Eisen und Silber, machen nur 1,5 Prozent ihrer Masse aus. Selbst in so geringen Mengen sind diese Elemente für Astronomen äußerst wertvoll, da sie Hinweise auf die Geschichte und chemische Entwicklung des Kosmos bewahren.

„Das neue Wissen über die Zusammensetzung der Sonne ist wichtig für das Verständnis anderer Sterne, Planeten und kosmischen Materials, da die Sonne einer der wichtigsten Referenzpunkte der Astronomie ist“, sagt Sema Caliskan, die die Arbeit während ihres Promotionsstudiums am Institut für Physik und Astronomie der Universität Uppsala durchführte.

Schwere Elemente werden im Inneren von Sternen und bei Sternenexplosionen erzeugt. Sie werden später in neue Sterne, Planeten und anderes kosmisches Material eingebaut. Die Messung, wie viel von jedem Element vorhanden ist, hilft Wissenschaftlern, die chemische Entwicklung der Milchstraße nachzuverfolgen.

Um den Silbergehalt der Sonne zu messen, untersuchten die Forscher das Sonnenlicht mittels Spektroskopie. Atome in der Sonnenatmosphäre absorbieren Licht bei bestimmten Wellenlängen und hinterlassen dunkle Merkmale im Spektrum, sogenannte Spektrallinien. Jedes Element erzeugt seine eigenen charakteristischen Linien, ähnlich einem Fingerabdruck.

Wissenschaftler vergleichen diese Muster mit Modellen der Sonnenatmosphäre, um zu berechnen, wie viel von einem Element vorhanden ist. Frühere Schätzungen stützten sich auf vereinfachte Modelle. In der neuen Studie entwickelte das Team einen fortschrittlicheren Ansatz, der eine um 55 Prozent höhere Silberschätzung ergab als zuvor.

Die Forscher kombinierten ein dynamisches Modell der äußeren Schichten der Sonne mit verbesserten Berechnungen aus der Atomphysik. Dadurch konnten sie genauer beschreiben, wie Silberatome mit Licht und umgebenden Teilchen interagieren. Anders als frühere Methoden berücksichtigen die neuen Berechnungen auch Nichtgleichgewichtseffekte. In diesem Fall beeinflusst das Licht selbst die Silberatome, die für die dunklen Absorptionslinien verantwortlich sind.

Lösung des Problems des fehlenden Silbers im Sonnensystem

„Mit unserem neuen Modell konnten wir die Spektrallinien, die zur Bestimmung der solaren Silberhäufigkeit verwendet werden, genauer interpretieren“, sagt Sema Caliskan, die ihre Promotion mit der Arbeit an der Struktur von Atomen begann und später ihr Fachwissen auf Probleme der Sternastrophysik anwandte.

Das überarbeitete Ergebnis behebt ein langjähriges Problem mit Silber im Sonnensystem. Frühere Messungen deuteten darauf hin, dass die Sonne deutlich weniger Silber enthält als chemisch primitive Meteoriten. Dieser Unterschied war schwer zu erklären, da die Sonne und diese Meteoriten vor etwa 4,6 Milliarden Jahren aus derselben Gas- und Staubwolke entstanden.

Mit der neuen Berechnung stimmt die Silberhäufigkeit der Sonne nun viel besser mit der Menge in diesen uralten Meteoriten überein.

Die Ergebnisse könnten auch das Verständnis der Wissenschaftler verbessern, wie Silber und andere schwere Elemente in Sternen und Sternenexplosionen entstehen, bevor sie Teil späterer Generationen von Sternen und Planeten werden. Die Forscher planen nun, dieselbe Methode zur Untersuchung anderer Sterne einzusetzen.

„Durch die Untersuchung des Lichts verschiedener Sterntypen und -alter hoffen wir zu verstehen, wo Silber im Universum entsteht und wie es im Laufe der Zeit in der Milchstraße verteilt wurde“, sagt Sema Caliskan.

Die Berechnungen wurden mit Tetralith durchgeführt, einem schwedischen Supercomputer am Nationalen Supercomputerzentrum der Universität Linköping. Das Projekt kombinierte Fachwissen in Sternphysik und Atmosphärenmodellierung.

Vergleichbare Methoden wurden bereits zur Untersuchung anderer Elemente eingesetzt, aber dies ist das erste Mal, dass der Ansatz auf Silber in der Sonne angewendet wurde.

Material bereitgestellt von der Universität Uppsala. Hinweis: Inhalt