Nous càlculs resolen una dècada de controvèrsia sobre la composició química del Sol

L'estudi resol l'aparent contradicció entre els mètodes emprats fins ara per determinar la composició química del Sol i una tècnica més innovadora i precisa per cartografiar l’estructura interna de la nostra estrella

La recerca, liderada per l’Institut Max Planck d’Astronomia (MPIA), compta amb la participació de l’investigador de l'IEEC a l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) Aldo Serenelli

Un equip de científics, liderats per l’Institut Max Planck d’Astronomia (MPIA) de Heidelberg (Alemania), ha resolt la ‘crisi de l’abundància solar’ en revisar els models en què es basen les estimacions de la composició química del Sol. La recerca, que es va publicar el passat divendres, 20 de maig, a la revista Astronomy & Astrophysics, presenta resultats actualitzats sobre la quantitat d’elements químics que conté la nostra estrella: el Sol està format per més oxigen, silici i neó del que es pensava fins ara.

El mètode contrastat i utilitzat fins ara per determinar la composició química del Sol —o de qualsevol altra estrella— és l’anàlisi espectral, és a dir, la descomposició de la llum en diferents longituds d'ona. La profunditat de les línies presents a l’espectre d’una estrella es relaciona amb la seva temperatura i la seva composició química. L’afirmació que les estrelles com la nostra es componen principalment d'hidrogen i d’heli, a més de petites quantitats d'elements químics més pesants, es basa en aquest principi.
 
En l'estudi que ara es presenta, en el què hi participa Aldo Serenelli, investigador de l'Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l'Institut de Ciències de l'Espai (ICE-CSIC), s’han utilitzat nous mètodes que mostren que la relació entre l'abundància d'aquests elements químics tan rellevants i la intensitat de les línies espectrals corresponents és significativament diferent del que havien afirmat autors anteriors. Com a conseqüència, les abundàncies químiques que es deriven de l'espectre solar observat són una mica diferents de les establertes en anàlisis anteriors.

«Descobrim que, segons la nostra anàlisi, el Sol conté un 26 % més d'elements més pesats que l'heli (metalls) del que s’havia deduït en estudis anteriors», explica Ekaterina Magg, primera autora de l’article i estudiant de doctorat al MPIA. «El valor de l'abundància d'oxigen ha resultat ser gairebé un 15 % més alt que en estudis anteriors», afirma Magg. Els nous valors, però, concorden bé amb la composició química dels meteorits primitius (condrites CI) que, segons es creu, representen la composició química del sistema solar primitiu.

La ‘crisi sobre l’abundància solar’

La tècnica de l’anàlisi espectral ha estat la base de l'avenç en la comprensió de l'evolució química de l'Univers, així com de l'estructura física i l'evolució de les estrelles i dels exoplanetes al llarg d'un segle. El model estàndard actual de l’evolució del Sol es calibra utilitzant un conjunt de mesures de la composició química de l'atmosfera solar publicat el 2009. No obstant això, una reconstrucció de l'estructura interna del Sol basada en aquest model estàndard contradiu un altre conjunt de mesures obtingudes a partir de dades heliosísmiques d'alta precisió. Aquesta discrepància va donar lloc a l’anomenada ‘crisi de l’abundància solar’.
 
Ara, utilitzant els valors de l’abundància solar de la recerca recentment publicada, la desavinença entre els resultats d’aquests models i les mesures heliosísmiques desapareix.
 
L’investigador de l’IEEC a l’ICE-CSIC Aldo Serenelli comenta: «Els resultats d’aquest treball tornen a col·locar el Sol com a referència fonamental en estudis de física estel·lar. Això té una importància central per a diverses àrees de l'astrofísica i, en especial, per a la caracterització detallada de l'estructura interna d'altres estrelles, objectiu fonamental de la missió de l'Agència Espacial Europea (ESA) PLATO».

Els nous mètodes emprats prometen estimacions considerablement més exactes de les composicions químiques de les estrelles en general. En un moment en què estudis a gran escala, presents i en desenvolupament, estan proporcionant espectres d'alta qualitat per a un nombre cada vegada més gran d'estrelles, aquest avenç posa les futures anàlisis de la química estel·lar sobre una base més ferma que mai, amb la corresponent implicació per a la reconstrucció de l'evolució química del nostre Cosmos.

Nota de premsa elaborada en col·laboració amb l’Institut Max Planck d’Astronomia (MPIA) i l’Oficina de Comunicació de l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC).

Imatge principal

Espectre solar
Peu d’imatge: Espectre del Sol, obtingut amb l'espectrògraf d'alta resolució NARVAL instal·lat al Telescopi Bernard Lyot, a l’Observatoire Midi-Pyrénées. Les propietats de les línies d’absorció (línies fosques) presents en espectres com aquest permeten als astrònoms deduir la temperatura i la composició química d'una estrella.
Crèdit: M. Bergemann/MPIA/NARVAL@TBL.

Enllaços

– IEEC
– ICE
– MPIA
 
Més informació

Aquesta recerca es presenta en un article titulat «Observational constraints on the origin of the elements. IV: The standard composition of the Sun», d’E. Magg et al., que apareix publicat a la revista Astronomy & Astrophysics el 20 de maig de 2022. L’article està disponible aquí.

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia.  Com a resultat de 25 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació.
   
L’IEEC és una fundació privada sense ànim de lucre regida per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya i unes altres quatre institucions amb una unitat científica cadascuna, que en conjunt constitueixen el nucli de l’activitat d’I+D de l’IEEC: la Universitat de Barcelona (UB) amb la unitat científica ICCUB – Institut de Ciències del Cosmos; la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) amb la unitat científica CERES – Centre d’Estudis i Recerca Espacials; la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) amb la unitat científica CTE – Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai; i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) amb la unitat científica ICE – Institut de Ciències de l’Espai. L’IEEC és un centre CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).

Contactes

Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona, Espanya
Ana Montaner i Rosa Rodríguez
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat 

Autor Principal a l’IEEC
Barcelona, Espanya
Aldo Serenelli
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC)
Correu electrònic: aldos@ieec.cat, aldos@ice.csic.es