Ein neues theoretisches Modell erklärt die Rotation der Sonne und des Magnetfelds

Das von den Wissenschaftlern entwickelte Modell beinhaltet die Geschichte der Rotation der Sonne und auch die magnetische Instabilität, die sie erzeugt. (c) Sylvia Ekström/UNIGE

In den frühen 2000er Jahren revidierte ein neuer Datensatz die chemische Häufigkeit auf der Sonnenoberfläche und widersprach den Werten, die von Standardmodellen vorhergesagt wurden, die von Astrophysikern verwendet wurden. Diese neue Fülle wurde oft durch mehrere neue Analysen in Frage gestellt. Da sie richtig zu sein schienen, war es an den Sonnenmodellen, sich anzupassen, zumal sie als Referenz für das Studium der Sterne im Allgemeinen dienen. Ein Team von Astronomen der Universität Genf, Schweiz (UNIGE) hat in Zusammenarbeit mit der Universität Lüttich ein neues theoretisches Modell entwickelt, das einen Teil des Problems löst: die Betrachtung der Rotation der Sonne, die sich im Laufe der Zeit geändert hat, und ihres Magnetismus Felder. geboren, konnten sie die chemische Zusammensetzung der Sonne erklären. Die Ergebnisse dieser Studie wurden in veröffentlicht natürliche Astronomie.

“Die Sonne ist der Stern, den wir am besten erkennen können, daher ist sie ein grundlegender Test für unser Verständnis der Sternphysik. Wir haben Messungen der Häufigkeit ihrer chemischen Elemente, aber auch Messungen ihrer inneren Struktur, wie im Fall der Erde, zu verdanken zur Seismologie“, erklärt Patrick Egenberger, Forscher in der Abteilung für Astronomie der UNIGE und Erstautor der Studie.

Diese Beobachtungen sollten mit den Ergebnissen übereinstimmen, die von theoretischen Modellen vorhergesagt wurden, die darauf abzielen, die Entwicklung der Sonne zu erklären. Wie verbrennt die Sonne Wasserstoff im Herzen? Wie wird dort Energie erzeugt und dann an die Oberfläche transportiert? Wie driften chemische Elemente in der Sonne, beeinflusst durch Rotation und Magnetfelder?

Solar-Standardmodell

„Das bisher von uns verwendete Standard-Sonnenmodell betrachtet unseren Stern sehr vereinfacht einerseits hinsichtlich des Transports chemischer Elemente in tieferen Schichten, andererseits hinsichtlich der Rotation und der inneren Magnetfelder die bisher völlig vernachlässigt wurden“, erklärt Gail Boldgen, Forscherin in der Abteilung für Astrobiologie und Astronomie der UNIGE und Mitautorin der Studie.

Alles lief jedoch gut, bis Anfang der 2000er Jahre ein internationales Wissenschaftsteam dank verbesserter Analysen eine drastische Überprüfung des Überflusses an Sonnenenergie durchführte. Die neue Fülle erzeugte tiefe Wellen in den Gewässern der Sonnenmodellierung. Seitdem kann kein Modell mehr die Daten der Heliosmologie (Analyse der Sonnenschwingungen) reproduzieren, insbesondere die Häufigkeit von Helium in der Heliosphäre.

Ein neues Modell und die Hauptrolle von Rotation und Magnetfeldern

Das vom UNIGE-Team entwickelte neue Sonnenmodell berücksichtigt nicht nur die Entwicklung des Spins, der in der Vergangenheit möglicherweise schneller war, sondern auch die dadurch verursachte magnetische Instabilität. „Wir müssen in unseren Sternmodellen gleichzeitig die Auswirkungen von Rotation und Magnetfeldern auf den Transport chemischer Elemente berücksichtigen. Er ist für die Sonne genauso wichtig wie für die Sternphysik im Allgemeinen und hat einen direkten Einfluss auf die chemische Entwicklung des Universums.“ , vorausgesetzt, die notwendigen chemischen Elemente”, sagt Patrick Egenberger. Das Leben auf der Erde wird im Herzen der Sterne gekocht.”

Das neue Modell sagt nicht nur die Heliumkonzentration in den äußeren Schichten der Sonne korrekt voraus, sondern spiegelt auch die Lithiumkonzentration wider, die sich bisher einer Modellierung widersetzt hat. „Die Menge an Helium wird vom neuen Modell korrekt wiedergegeben, weil die durch Magnetfelder erzwungene Innenrotation der Sonne eine turbulente Vermischung erzeugt, die verhindert, dass dieses Element zu schnell in Richtung des Zentrums des Sterns fällt; gleichzeitig eine Menge Lithium auf der Sonnenoberfläche beobachtet wird, wird auch reproduziert, weil dies durch die Vermischung selbst zu Hotspots gelangt, wo es zerstört wird“, erklärt Patrick Eggenberger

Das Problem wurde nicht vollständig behoben

Das neue Modell löst jedoch nicht alle Herausforderungen der Heliowissenschaften: „Dank der Heliowissenschaften wissen wir innerhalb von 500 km, in welcher Region konvektive Materiebewegungen beginnen, 19.500 km unter der Sonnenoberfläche.“ Theoretische Modelle sagen jedoch die Sonne voraus mit einer Tiefe von 10.000 km“, sagt Sebastian Salmon, ein UNIGE-Forscher und Mitautor des Papiers. Wenn das Problem im neuen Paradigma weiterhin besteht, öffnet es eine neue Tür zum Verständnis: „Dank des neuen Paradigmas bringen wir Licht in physikalische Prozesse, die uns helfen können, diesen wichtigen Unterschied aufzulösen.“

Update für sonnenähnliche Sterne

„Wir müssen die Massen, Radien und Alter der Sterne des bisher untersuchten Sonnentyps überprüfen“, erläutert Gaël Buldgen die folgenden Schritte. Tatsächlich wird die Sonnenphysik in den meisten Fällen auf Fallstudien in der Nähe der Sonne übertragen. Wenn also die Analysemodelle der Sonne modifiziert werden, sollte dieses Update auch für andere Sterne, die unserem ähnlich sind, durchgeführt werden.

Patrick Eggenberger sagt: „Das ist besonders wichtig, wenn wir beispielsweise im Rahmen der PLATO-Mission Planetenwirtssterne besser charakterisieren wollen.“ Dieses Observatorium aus 24 Teleskopen muss 2026 zum Lagrange-Punkt 2 (1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, gegenüber der Sonne) fliegen, um kleinere Planeten zu entdecken und zu charakterisieren und die Eigenschaften ihres Wirtssterns zu verbessern.


Das primäre Überschwingen wird durch das Fehlen eines konvektiven Kerns und einiger sonnenähnlicher Sterne begrenzt


Mehr Informationen:
P. Eggenberger et al, Die innere Rotation der Sonne und ihre Assoziation mit der Li- und He-Oberflächenhäufigkeit der Sonne, natürliche Astronomie (2022). DOI: 10.1038 / s41550-022-01677-0

Präsentiert von der Universität Genf

das Zitat: A New Theoretical Model Explaining the Sun’s Rotation and Magnetic Field (2022, 31. Mai) Abgerufen am 1. Juni 2022 von https://phys.org/news/2022-05-theoretical-accounts-sun-rotation-magnetic.html

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