Die Sonne läuft wieder rund

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Die Sonne läuft wieder rund

Einem internationalen Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Genf ist es gelungen, ein Modell zu entwickeln, mit dem ein Teil des Sonnenproblems gelöst werden kann.

Die Sonne ist aus den Fugen geraten! In den frühen 2000er Jahren wurden die Häufigkeiten der chemischen Elemente auf der Sonnenoberfläche nach unten korrigiert, was es den Astrophysikern unmöglich machte, die vom Standardmodell vorhergesagten Werte mit den neuen Daten in Einklang zu bringen. Diese Häufigkeiten, die in Frage gestellt wurden, sind jedoch trotz mehrerer neuer Analysen stabil. Wir müssen also damit leben, und es liegt an den Sonnenmodellen, sich weiterzuentwickeln, zumal sie als Referenz für die Erforschung von Sternen im Allgemeinen dienen. Ein Team der Universität Genf (UNIGE) hat in Zusammenarbeit mit der Universität Lüttich ein neues theoretisches Modell entwickelt, mit dem ein Teil des Problems gelöst werden kann: Indem sie die im Laufe der Zeit variierende Rotation der Sonne und die daraus resultierenden Magnetfelder berücksichtigten, zeigten die Wissenschaftler, dass es möglich ist, ihre chemische Struktur zu erklären. Die Ergebnisse sind in Nature Astronomy nachzulesen.

Die Sonne ist der Stern, den wir am besten charakterisieren können. Sie ist daher ein grundlegender Test für unser Verständnis der Sternphysik. Wir verfügen über Häufigkeitsmessungen ihrer chemischen Elemente, aber auch über Messungen ihrer inneren Struktur, wie bei der Erde dank der Seismik. der Seismologie", erklärt Patrick Eggenberger, Lehr- und Forschungsbeauftragter am Departement für Astronomie der Universität Genf und Erstautor der Studie.

Diese Beobachtungen müssen natürlich mit den Vorhersagen der theoretischen Modelle übereinstimmen, die versuchen, die Entwicklung der Sonne zu erklären. Wie verbrennt die Sonne den Wasserstoff in ihrem Inneren, wie wird die dabei erzeugte Energie in die äußeren Schichten transportiert, wie bewegen sich die chemischen Elemente aufgrund der Rotation und der Magnetfelder?

Das Standardmodell der Sonne

Das bisher verwendete Standard-Sonnenmodell betrachtet unseren Stern in einer vereinfachten Form, einerseits in Bezug auf den Transport chemischer Elemente in seinen tiefsten Schichten, andererseits in Bezug auf das Magnetfeld und die Rotation des Sterns.Die Studie zeigt, dass der Stern in der Lage ist, seine Rotation und seine inneren Magnetfelder zu verstehen, die bislang völlig vernachlässigt wurden", erklärt Gaël Buldgen, Forscher am Departement für Astronomie der Universität Genf und Koautor der Studie.

All das funktionierte jedoch zufriedenstellend, bis Anfang der 2000er Jahre, als ein internationales Wissenschaftlerteam die Sonnenhäufigkeiten drastisch revidierte, indem es eine feinere Analyse lieferte. Diese neuen Häufigkeiten warfen einen großen Stein in den Teich der Sonnenmodellierung. Seitdem war kein Modell mehr in der Lage, die Daten der Helioseismologie, also der Untersuchung der Schwingungen der Sonne, zu reproduzieren.

Neues Modell

Das neue Modell, das das Team der Universität Genf entwickelt hat, beinhaltet nicht nur die Geschichte der Rotation selbst.Die Rotation selbst war in der Vergangenheit wahrscheinlich schneller, aber auch die magnetischen Instabilitäten, die sie erzeugt. Es ist wichtig, dass wir die Auswirkungen der Rotation und der Magnetfelder auf den Transport von chemischen Elementen in unseren Sternmodellen gleichzeitig berücksichtigen. Dies ist sowohl für die Sonne als auch für die allgemeine Sternphysik von Bedeutung und hat direkte Auswirkungen auf die chemische Entwicklung des Universums.da die chemischen Elemente, die für das Leben auf der Erde so wichtig sind, in den Kernen der Sterne hergestellt werden", sagt Patrick Eggenberger.

Das neue Modell kann nicht nur die Heliumkonzentration in den äußeren Schichten der Sonne korrekt vorhersagen, sondern auch die Lithiumkonzentration, die bislang ebenfalls nicht modellierbar war. Die Heliumhäufigkeit wird durch das neue Modell korrekt wiedergegeben, da die durch die Magnetfelder erzwungene innere Rotation der Sonne eine turbulente Mischung erzeugt, die verhindert, dass das Element zu schnell in Richtung des Zentrums des Sterns fällt.Gleichzeitig wird auch die Häufigkeit von Lithium, die auf der Sonnenoberfläche beobachtet wird, reproduziert, da die gleiche Mischung das Lithium in die heißen Regionen transportiert, wo es zerstört wird", erklärt Patrick Eggenberger.

Das Problem ist nicht vollständig gelöst

Nicht alle Herausforderungen der Helioseismologie werden jedoch durch das neue Modell gelöst: Dank der Helioseismologie kennen wir die Region, in der die konvektiven Bewegungen der Materie beginnen, 199.500 km unter der Sonnenoberfläche mit einer Genauigkeit von bis zu 500 km. Theoretische Modelle der Sonne sagen jedoch eine Tiefenverschiebung von 10.000 km voraus", erklärt Sébastien Salmon, Forscher an der Universität Genf und Koautor des Artikels. Mit dem neuen Modell in dieser Arbeit zeigen wir die physikalischen Prozesse auf, die uns helfen können, diese kritische Diskrepanz zu lösen.

Aktualisieren von ähnlichen Sternen

Wir werden die Massen, Radien und Alter, die wir für die sonnenähnlichen Sterne, die wir bisher untersucht haben, erhalten haben, revidieren müssen", betont Gaël Buldgen und erläutert die nächsten Schritte. Denn in den allermeisten Fällen wird die Sonnenphysik auf sonnenähnliche Fallstudien übertragen. Wenn also die Modelle zur Analyse der Sonne geändert werden, muss dieses Update auch für andere sonnenähnliche Sterne durchgeführt werden.

Patrick Eggenberger erklärt: "Dies ist besonders wichtig, wenn wir die Gaststerne von Planeten besser charakterisieren wollen, zum Beispiel im Rahmen der PLATO-Mission. Dieses Observatorium mit 24 Teleskopen soll 2026 zum Lagrange-Punkt 2 (1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, der Sonne abgewandt) fliegen, um kleine Planeten zu entdecken und zu charakterisieren und die Eigenschaften ihrer Wirtssterne zu verfeinern.


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