viernes, 3 de mayo de 2019

¿DE QUÉ ESTA HECHO EL SOL Y CUANDO MORIRÁ?


 Los astrónomos no pueden decidir de qué está hecho el Sol



Como cualquier estrella en su apogeo, el Sol consiste principalmente en átomos de hidrógeno que se fusionan de dos en dos con el helio, liberando una inmensa energía en el proceso.

Pero es la pequeña concentración de elementos pesados ​​del Sol, que los astrónomos llaman metales, lo que controla su destino. 
"Incluso una fracción muy pequeña de metales es suficiente para alterar completamente el comportamiento de una estrella", explicó Sunny Vagnozzi , un físico de la Universidad de Estocolmo en Suecia que estudia la "metalización" del Sol.

Cuanto más metálica es una estrella, es más opaca (ya que los metales absorben la radiación) y cuán opaca es, a su vez, se relaciona con su tamaño, temperatura, brillo, vida útil y otras propiedades clave. "La metalicidad básicamente también te dice cómo morirá la estrella", dijo Vagnozzi.

Pero la metalicidad del Sol, más allá de revelar su propia historia, también sirve como un tipo de criterio para calibrar las mediciones de la metalicidad de todas las demás estrellas, y por lo tanto las edades, temperaturas y otras propiedades de las estrellas, galaxias y todo lo demás. "Si cambiamos el criterio del Sol, automáticamente significa que nuestra comprensión del cosmos tiene que cambiar", dijo Martin Asplund , astrofísico de la Universidad Nacional Australiana. "Por lo tanto, tener un conocimiento preciso de la composición química solar es extremadamente importante".

Sin embargo, las mediciones cada vez más precisas de la metalicidad del Sol han suscitado más preguntas que respuestas. La incapacidad de los astrónomos para resolver el misterio conocido como la metalicidad solar, la abundancia solar, la composición solar o el problema del modelado solar sugiere que podría haber "algo fundamentalmente incorrecto" con su comprensión del sol y, por lo tanto, de todas las estrellas, dijo Vagnozzi. "Eso sería enorme".

Hace veinte años, los astrónomos pensaron que tenían el Sol ordenado. Las formas directas e indirectas de inferir su metalicidad midieron al Sol como aproximadamente 1.8 por ciento de metal, una feliz convergencia que los llevó a creer que entendían no solo la longitud de su criterio solar, sino también cómo el Sol funciona. 

Sin embargo, a lo largo de la década del 2000, las mediciones espectroscópicas de la luz solar cada vez más precisas (una sonda directa de la composición del Sol, ya que cada elemento crea líneas de absorción reveladoras en el espectro) indican una metalicidad mucho más baja de solo 1.3 por ciento. Mientras tanto, la heliosismología, el enfoque indirecto y competitivo para inferir la metalicidad basada en la forma en que las ondas de sonido de diferentes frecuencias se propagan a través del interior del Sol, aún se dice 1.8 por ciento.

Pero si la teoría del Sol de los astrónomos, llamada "modelo solar estándar", es correcta, la espectroscopia y la heliosismología deberían estar de acuerdo. Es decir, los astrónomos deberían poder usar las mediciones heliosismológicas para calcular la profundidad de una capa límite importante en el Sol, donde la radiación da paso a la convección. Y esta profundidad se relaciona, según las ecuaciones, con la opacidad del Sol y, por lo tanto, con su metalicidad. Esta secuencia de cálculos debe predecir el mismo valor para la metalicidad que los espectroscopios miden directamente de la luz solar. Pero no es así.

"Este es un problema no solo para la física solar, sino también para la astronomía en su conjunto", dijo Asplund, quien dirigió al equipo detrás de las mediciones espectroscópicas precisas. 

"O los astrónomos no entienden cómo medir la abundancia elemental de estrellas usando espectroscopia, o nuestra comprensión de los interiores de las estrellas y cómo oscilan es incompleta", dijo. "De cualquier manera, tiene importantes ramificaciones, ya que las estrellas son las sondas fundamentales del cosmos, con la astrofísica estelar que proporciona gran parte de los cimientos de la astronomía moderna y la cosmología".

Después de años de hablar sobre lo que podría estar mal, incluidas las especulaciones sobre la materia oscura en el Sol, el debate ha llegado a "un punto muerto", dijo Sarbani Basu , un astrofísico solar en la Universidad de Yale.
Pero hay esperanza. Recientemente, un indicio débil acerca de la metalicidad solar provino de partículas fugaces que emanan del Sol llamadas neutrinos solares (*). Diferentes reacciones de fusión nuclear producen neutrinos solares de diferentes energías, por lo que las partículas transportan información sobre la composición del Sol. 
En una conferencia del mes pasado en Heidelberg, Alemania, el experimento Borexino con base en el Laboratorio Nacional Gran Sasso de Italia informó sobre detecciones de neutrinos solares que favorecen marginalmente la estimación más alta del 1,8 por ciento de la metalicidad del Sol.

Si esta estimación de alta metalicidad es correcta, esto plantea preguntas acerca de qué fue exactamente lo que salió mal con las mediciones espectroscópicas de Asplund y de los colaboradores. "Si el problema es con la espectroscopia, es probable que cometamos errores similares al analizar otras estrellas", dijo, “lo que impactaría las interpretaciones de la evolución química de estrellas y galaxias como la Vía Láctea”.

Pero Asplund mantiene su estimación espectroscópica del 1.3 por ciento. Señala un estudio realizado en 2015 en Nature, que indica que los metales podrían aumentar la opacidad incluso más de lo que se pensaba en las condiciones de alta presión del núcleo solar.
“La corrección de esta diferencia en el modelo solar estándar podría hacer que las estimaciones heliosismológicas y de neutrinos de la metalicidad bajen a 1.3 por ciento”, dijo
En los próximos años, el equipo de Borexino espera detectar los raros neutrinos solares producidos en el ciclo de la CNO, una reacción de fusión en el sol en la que los átomos de carbono, nitrógeno y oxígeno sirven como catalizadores para la fusión del hidrógeno en helio. "Los neutrinos de la CNO se ven muy afectados por la metalicidad, por lo que la medición de estos neutrinos podría ser definitiva", dijo Andrea Pocar , física de la Universidad de Massachusetts Amherst y miembro de la colaboración Borexino.

Si resulta que el Sol es, de hecho, solo un 1,3 por ciento de metal, esto significaría que el modelo solar estándar realmente tiene una opacidad incorrecta. "Esto afecta esencialmente a toda la astronomía", dijo Asplund, "ya que una comprensión precisa de la evolución estelar sustenta casi todo lo que hacemos".

Las edades estimadas de las estrellas y galaxias deberían revisarse entre un 10 y un 15 por ciento. 
Desafortunadamente para el Sol mismo (y la vida futura en la Tierra), las estrellas de baja metalicidad queman el combustible más rápido que las estrellas de alta metalicidad, por lo que nuestro Sol moriría unos mil millones de años antes de lo que pensábamos.
Fuente: Quanta Magazine –Natalie Wolchover [escritor Senior/Editor] and The Atlantic.com – 05. julio.2018



(*) Glosario
Los neutrinos (término que en italiano significa ‘pequeños neutrones’, fueron descubiertos por los científicos Clyde Cowman y Federick Reines) son partículas subatómicas de tipo fermiónico, sin carga y espín ½. Los neutrinos no se ven afectados por las fuerzas electromagnéticas o nuclear fuerte, pero sí por la fuerza nuclear débil y la gravitatoria

El Sol es un reactor de fusión nuclear alimentado por una reacción protón-protón en cadena la cual convierte cuatro núcleos de hidrógeno (protones) en helio, neutrinos y energía.
El exceso de energía es liberada como rayos gamma y energía cinética de las partículas, incluyendo los neutrinos los cuales viajan desde el núcleo solar hasta la Tierra sin ninguna absorción apreciable por las otras capas solares.
En la actualidad no es posible observar directamente el núcleo solar, sin embargo, mediante los neutrinos producidos en el interior del Sol es que se puede obtener información. En esencia, los neutrinos que llegan a la Tierra pueden ser detectados usando grandes detectores subterráneos, que corroboran los cálculos teóricos basados el Modelo Solar Estándar.
Fuente: Wikipedia




Traducción libre de Soca










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