Crédito:
NASA
/ JPL–CALTECH / GSFC / JAXA
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
