Naukowcy z Uniwersytetu w Uppsali rzucili bombę na słoneczną ekonomię: Słońce zawiera o 55 procent więcej srebra niż wcześniejsze obliczenia sugerowały. Zaktualizowane oszacowanie pochodzi z bardziej realistycznego modelu atmosfery słonecznej i pomaga rozwiązać długotrwałą rozbieżność w zmierzonej ilości srebra w Układzie Słonecznym.

Słońce, jak większość gwiazd, składa się prawie wyłącznie z wodoru i helu. Cięższe pierwiastki, w tym węgiel, żelazo i srebro, stanowią zaledwie 1,5 procent jego masy. Nawet w tak małych ilościach pierwiastki te są niezwykle cenne dla astronomów, ponieważ przechowują wskazówki dotyczące historii i chemicznego rozwoju kosmosu.

„Nowa wiedza o składzie Słońca jest ważna dla zrozumienia innych gwiazd, planet i materii kosmicznej, ponieważ Słońce jest jednym z kluczowych punktów odniesienia w astronomii” – mówi Sema Caliskan, która prowadziła prace podczas swoich studiów doktoranckich na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Uppsali.

Ciężkie pierwiastki powstają wewnątrz gwiazd i podczas wybuchów gwiazd. Później są włączane do nowych gwiazd, planet i innej materii kosmicznej. Pomiar ilości każdego pierwiastka pomaga naukowcom prześledzić chemiczną ewolucję Drogi Mlecznej.

Aby zmierzyć zawartość srebra w Słońcu, naukowcy badali światło słoneczne za pomocą spektroskopii. Atomy w atmosferze słonecznej pochłaniają światło o określonych długościach fal, pozostawiając ciemne cechy w widmie zwane liniami widmowymi. Każdy pierwiastek tworzy własny charakterystyczny zestaw linii, podobnie jak odcisk palca.

Naukowcy porównują te wzorce z modelami atmosfery słonecznej, aby obliczyć, ile danego pierwiastka jest obecne. Wcześniejsze szacunki opierały się na uproszczonych modelach. W nowym badaniu zespół opracował bardziej zaawansowane podejście, które dało oszacowanie srebra o 55 procent wyższe niż wcześniej.

Naukowcy połączyli dynamiczny model zewnętrznych warstw Słońca z ulepszonymi obliczeniami z fizyki atomowej. Pozwoliło im to dokładniej opisać, jak atomy srebra oddziałują ze światłem i otaczającymi cząstkami. W przeciwieństwie do poprzednich metod, nowe obliczenia uwzględniają również efekty nierównowagowe. W tym przypadku samo światło wpływa na te same atomy srebra, które odpowiadają za powstawanie ciemnych linii absorpcyjnych.

Rozwiązanie problemu brakującego srebra w Układzie Słonecznym

„Dzięki naszemu nowemu modelowi byliśmy w stanie dokładniej interpretować linie widmowe używane do określania obfitości srebra w Słońcu” – mówi Sema Caliskan, która rozpoczęła studia doktoranckie od pracy nad strukturą atomów, a później zastosowała swoją wiedzę do problemów astrofizyki gwiazdowej.

Zrewidowany wynik rozwiązuje długotrwały problem dotyczący srebra w Układzie Słonecznym. Wcześniejsze pomiary sugerowały, że Słońce zawiera znacznie mniej srebra niż chemicznie prymitywne meteoryty. Ta różnica była trudna do wyjaśnienia, ponieważ Słońce i te meteoryty powstały z tego samego obłoku gazu i pyłu około 4,6 miliarda lat temu.

Dzięki nowym obliczeniom obfitość srebra w Słońcu jest teraz znacznie bardziej zgodna z ilością znalezioną w tych starożytnych meteorytach.

Odkrycia mogą również poprawić zrozumienie przez naukowców, w jaki sposób srebro i inne ciężkie pierwiastki powstają w gwiazdach i wybuchach gwiazd, zanim staną się częścią późniejszych pokoleń gwiazd i planet. Naukowcy planują teraz zastosować tę samą metodę do badania innych gwiazd.

„Badając światło gwiazd różnych typów i w różnym wieku, mamy nadzieję zrozumieć, gdzie we wszechświecie powstaje srebro i jak było rozprowadzane w Drodze Mlecznej na przestrzeni czasu” – mówi Sema Caliskan.

Obliczenia wykonano na Tetralith, szwedzkim superkomputerze w Narodowym Centrum Superkomputerowym na Uniwersytecie w Linköping. Projekt połączył wiedzę z zakresu fizyki gwiazd i modelowania atomowego.

Porównywalne metody były wcześniej używane do badania innych pierwiastków, ale jest to pierwszy raz, gdy podejście to zastosowano do srebra w Słońcu.

Materiały dostarczone przez Uniwersytet w Uppsali.