Ajustes al modelo solar

Un equipo internacional liderado por astrónomos de la UNIGE ha logrado desarrollar un modelo para resolver parte del «problema solar».

*El modelo desarrollado por los científicos incluye la historia de la rotación del sol pero también las inestabilidades magnéticas que genera. (c) Sylvia Ekström / UNIGE*

¡Todo estaba mal con el Sol! A principios de la década de 2000, un nuevo conjunto de datos redujo las abundancias químicas en la superficie del Sol, contradiciendo los valores predichos por los modelos estándar utilizados por los astrofísicos. A menudo desafiadas, estas nuevas abundancias superaron varios análisis nuevos. Como parecían ser correctos, correspondía a los modelos solares adaptarse, especialmente porque sirven como referencia para el estudio de las estrellas en general. Un equipo de astrónomos de la Universidad de Ginebra, Suiza (UNIGE) en colaboración con la Université de Liège, ha desarrollado un nuevo modelo teórico que resuelve parte del problema: considerando la rotación del Sol, que varió a lo largo del tiempo, y los campos magnéticos que genera. genera, han podido explicar la estructura química del Sol. Los resultados de este estudio se publican en Nature Astronomy.

“El Sol es la estrella que mejor podemos caracterizar, por lo que constituye 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 UNIGE y primer autor del estudio.

Estas observaciones deberían estar en línea 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 hacia la superficie? ¿Cómo se desplazan los elementos químicos dentro del Sol, influenciados tanto por la rotación como por los campos magnéticos?

El modelo solar estándar

“El modelo solar estándar que usamos hasta ahora considera a nuestra estrella de una manera muy simplificada, por un lado en lo que se refiere al transporte de los elementos químicos en las capas más profundas, por otro lado en cuanto a la rotación y los campos magnéticos internos que eran totalmente descuidada 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 gracias a un análisis mejorado. Las nuevas abundancias causaron profundas ondas en las aguas del modelado solar. A partir de entonces, ningún modelo pudo 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 considerar absolutamente 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, dado que los elementos químicos cruciales para la vida en la Tierra se cocinan en el núcleo de las estrellas”, dice 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 se resistía a modelar hasta ahora. “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 desafíos planteados por la heliosismología: “Gracias a la heliosismología, sabemos en 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 desplazamiento de profundidad de 10.000 km”, explica Sébastien Salmon, investigador de la UNIGE y coautor del artículo. Si el problema persiste con el nuevo modelo, abre una nueva puerta de entendimiento: “Gracias al nuevo modelo, arrojamos luz sobre los procesos físicos que pueden ayudarnos a resolver esta diferencia crítica”.

Actualización de estrellas de tipo solar

“Vamos a tener que revisar las masas, los radios y las edades obtenidos para las estrellas de tipo solar que hemos estudiado hasta ahora”, dice 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 lo tanto, si se modifican los modelos para analizar el 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 2 de Lagrange (a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, frente al Sol) en 2026 para descubrir y caracterizar pequeños planetas y afinar las características de su estrella anfitriona.

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