Il Sole sta girando di nuovo

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Il modello sviluppato dagli scienziati include la storia della rotazione del Sol

Il modello sviluppato dagli scienziati include la storia della rotazione del Sole, ma anche le instabilità magnetiche che esso genera. (c) Sylvia Ekström / UNIGE

Un team internazionale guidato da scienziati dell’Università di Ginevra ha sviluppato un modello per risolvere parte del problema solare.

Il Sole era nei guai! All’inizio degli anni 2000, le abbondanze degli elementi chimici sulla sua superficie sono state riviste al ribasso, impedendo agli astrofisici di riconciliare i valori previsti dal loro modello standard con questi nuovi dati. Queste abbondanze sono state messe in discussione, ma sono ancora valide nonostante diverse nuove analisi. Dovremo quindi accontentarci e sarà compito dei modelli solari evolversi, soprattutto perché servono da riferimento per lo studio delle stelle in generale. Un team dell’Università di Ginevra (UNIGE), in collaborazione con l’Università di Liegi, ha sviluppato un nuovo modello teorico che risolve parte del problema: Tenendo conto della rotazione del Sole, che è variata nel tempo, e dei campi magnetici che ne derivano, gli scienziati hanno dimostrato che è possibile spiegare la sua struttura chimica. Questi risultati sono pubblicati su Nature Astronomy.

Il Sole è la stella che può essere meglio caratterizzata. Si tratta quindi di un test fondamentale per la nostra comprensione della fisica stellare. Abbiamo misure dell’abbondanza dei suoi elementi chimici, ma anche misure della sua struttura interna, come abbiamo per la Terra, grazie alla sismologia", spiega Patrick Eggenberger, docente e ricercatore dell’Università di Ginevra. Abbiamo misure dell’abbondanza dei suoi elementi chimici, ma anche misure della sua struttura interna, come abbiamo per la Terra, grazie alla sismologia", spiega Patrick Eggenberger, docente senior e ricercatore presso il Dipartimento di Astronomia dell’Università di Ginevra e primo autore dello studio.

Queste osservazioni devono ovviamente coincidere con le previsioni dei modelli teorici che cercano di spiegarne l’evoluzione. Come brucerà il Sole l’idrogeno nel suo nucleo, come verrà trasportata l’energia prodotta negli strati esterni, come si muoveranno gli elementi chimici sotto l’effetto della rotazione e dei campi magnetici?

Il Modello Standard del Sole

Il modello solare standard utilizzato finora considera la nostra stella in forma semplificata, da un lato per quanto riguarda il trasporto di elementi chimici negli strati più profondi, dall’altro per la rotazione e i campi magnetici interni, che finora sono stati completamente trascurati", sottolinea Gaël Buldgen, ricercatore presso il Dipartimento di Astronomia dell’Università di Ginevra e co-autore dello studio.Il modello solare standard utilizzato finora considera la nostra stella in forma semplificata, da un lato per il trasporto degli elementi chimici nei suoi strati più profondi, dall’altro per la sua rotazione e i suoi campi magnetici interni, che finora sono stati completamente trascurati", sottolinea Gaël Buldgen, ricercatore presso il Dipartimento di Astronomia dell’Università di Ginevra e co-autore dello studio.

Questo metodo ha funzionato bene fino ai primi anni 2000, quando un team scientifico internazionale ha rivisto drasticamente le abbondanze solari fornendo un’analisi più raffinata. Queste nuove abbondanze hanno messo in crisi la modellazione solare. Da quel momento in poi, nessun modello è stato in grado di riprodurre i dati ottenuti dall’eliosismologia, cioè lo studio delle vibrazioni del Sole, in particolare l’abbondanza di elio nell’involucro solare.

Nuovo modello

Il nuovo modello sviluppato dal team dell’Università di Ginevra include non solo la storia della rotazione stessa, che in passato era probabilmente più veloce, ma anche le instabilità magnetiche che essa genera.Il nuovo modello sviluppato dal team dell’Università di Ginevra include non solo la storia della rotazione stessa, che in passato era senza dubbio più veloce, ma anche le instabilità magnetiche che essa genera. È essenziale tenere conto degli effetti della rotazione e dei campi magnetici sul trasporto degli elementi chimici nei nostri modelli stellari. Ciò è importante per il Sole e per la fisica generale delle stelle, con un impatto diretto sull’evoluzione chimica dell’Universo.Gli elementi chimici così importanti per la vita sulla Terra sono prodotti nei nuclei delle stelle", spiega Patrick Eggenberger.

Il nuovo modello non solo prevede correttamente la concentrazione dell’elio negli strati esterni del Sole, ma anche quella del litio, che finora era stata resistente alla modellazione. L’abbondanza di elio è riprodotta correttamente dal nuovo modello perché la rotazione interna del Sole imposta dai campi magnetici genera un rimescolamento turbolento che impedisce a questo elemento di cadere troppo rapidamente verso il centro della stella; contemporaneamente, l’abbondanza di litio negli strati esterni del Sole è prevista correttamente.Allo stesso tempo, viene riprodotta anche l’abbondanza di litio osservata sulla superficie solare, perché questo stesso mescolamento lo trasporta verso le regioni calde dove viene distrutto", spiega Patrick Eggenberger.

Il problema non è completamente risolto

Tuttavia, non tutte le sfide poste dall’eliosismologia sono risolte dal nuovo modello: Grazie all’eliosismologia, conosciamo con formidabile precisione, entro 500 km, la regione in cui iniziano i movimenti convettivi della materia, 199 500 km sotto la superficie del Sole. Tuttavia, i modelli teorici del Sole prevedono uno scostamento di profondità di 10 000 km! spiega Sébastien Salmon, ricercatore dell’Università di Ginevra e coautore dell’articolo. Se il problema esiste ancora con il nuovo modello, si apre una nuova porta di comprensione: grazie al nuovo modello di questo lavoro, abbiamo fatto luce sui processi fisici che possono aiutarci a risolvere questo disaccordo critico.

Aggiornamento di stelle simili

Dovremo rivedere le masse, i raggi e le età ottenute per le stelle di tipo solare che abbiamo studiato finora", sottolinea Gaël Buldgen, illustrando i prossimi passi. In effetti, nella stragrande maggioranza dei casi, la fisica solare viene trasposta ai casi di studio vicini al Sole. Di conseguenza, se i modelli di analisi del Sole vengono modificati, questo aggiornamento deve essere effettuato anche per altre stelle simili alla nostra.

Patrick Eggenberger spiega: Questo è particolarmente importante se vogliamo caratterizzare meglio le stelle ospiti dei pianeti, ad esempio nel contesto della missione PLATO. Questo osservatorio di 24 telescopi dovrebbe volare verso il punto Lagrange 2 (a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, di fronte al Sole) nel 2026 per scoprire e caratterizzare piccoli pianeti e affinare le caratteristiche della loro stella ospite.


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