Forskare vid Uppsala universitet har släppt en bomb i solekonomin: solen innehåller 55 procent mer silver än tidigare beräkningar visat. Den uppdaterade uppskattningen kommer från en mer realistisk modell av solatmosfären och hjälper till att lösa en långvarig obalans i den uppmätta mängden silver i solsystemet.

Solen, liksom de flesta stjärnor, består nästan helt av väte och helium. Tyngre grundämnen, inklusive kol, järn och silver, utgör bara 1,5 procent av dess massa. Även i så små mängder är dessa grundämnen mycket värdefulla för astronomer eftersom de bevarar ledtrådar om kosmos historia och kemiska utveckling.

"Den nya kunskapen om solens sammansättning är viktig för förståelsen av andra stjärnor, planeter och kosmiskt material, eftersom solen är en av astronomins viktigaste referenspunkter," säger Sema Caliskan, som genomförde arbetet under sin doktorandtid vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet.

Tunga grundämnen skapas inuti stjärnor och vid stjärnexplosioner. De införlivas senare i nya stjärnor, planeter och annat kosmiskt material. Att mäta hur mycket av varje grundämne som finns hjälper forskare att spåra Vintergatans kemiska utveckling.

För att mäta solens silverhalt studerade forskarna solljus genom spektroskopi. Atomer i solatmosfären absorberar ljus vid specifika våglängder och lämnar mörka drag i spektrumet som kallas spektrallinjer. Varje grundämne skapar sin egen distinkta uppsättning linjer, ungefär som ett fingeravtryck.

Forskare jämför dessa mönster med modeller av solatmosfären för att beräkna hur mycket av ett grundämne som finns. Tidigare uppskattningar förlitade sig på förenklade modeller. I den nya studien utvecklade teamet en mer avancerad metod som gav en silverskattning 55 procent högre än tidigare.

Forskarna kombinerade en dynamisk modell av solens yttre lager med förbättrade beräkningar från atomfysik. Detta gjorde det möjligt för dem att mer exakt beskriva hur silveratomer interagerar med ljus och omgivande partiklar. Till skillnad från tidigare metoder tar de nya beräkningarna också hänsyn till icke-jämviktseffekter. I detta fall påverkar ljuset själva silveratomerna som ansvarar för att producera de mörka absorptionslinjerna.

Löser solsystemets försvunna silverproblem

"Med vår nya modell kunde vi tolka spektrallinjerna som används för att bestämma solens silverhalt mer exakt," säger Sema Caliskan, som började sin doktorandtid med att arbeta med atomers struktur och senare tillämpade sin expertis på problem inom stjärnastrofysik.

Det reviderade resultatet åtgärdar ett långvarigt problem med silver i solsystemet. Tidigare mätningar antydde att solen innehöll betydligt mindre silver än kemiskt primitiva meteoriter. Den skillnaden var svår att förklara eftersom solen och dessa meteoriter bildades från samma moln av gas och stoft för cirka 4,6 miljarder år sedan.

Med den nya beräkningen är solens silverhalt nu mycket mer förenlig med mängden som finns i dessa uråldriga meteoriter.

Resultaten kan också förbättra forskarnas förståelse av hur silver och andra tunga grundämnen bildas i stjärnor och stjärnexplosioner innan de blir en del av senare generationers stjärnor och planeter. Forskarna planerar nu att använda samma metod för att studera andra stjärnor.

"Genom att studera ljuset från stjärnor av olika typer och åldrar hoppas vi förstå var silver bildas i universum och hur det har fördelats över Vintergatan över tid," säger Sema Caliskan.

Beräkningarna utfördes med Tetralith, en svensk superdator vid Nationellt superdatorcentrum vid Linköpings universitet. Projektet kombinerade expertis inom stjärnfysik och atommodellering.

Jämförbara metoder har tidigare använts för att studera andra grundämnen, men detta är första gången metoden tillämpas på silver i solen.

Material tillhandahållet av Uppsala universitet. Obs: Innehåll