In het begin van de jaren 2000 herzag een nieuwe reeks gegevens de chemische abundanties aan het oppervlak van de zon, in tegenspraak met de waarden voorspeld door de standaardmodellen die door astrofysici worden gebruikt. Deze nieuwe abundanties, die vaak op de proef werden gesteld, hebben verschillende nieuwe analyses doorstaan. Omdat ze leken te kloppen, was het dus aan de zonnemodellen om zich aan te passen, vooral omdat ze als referentie dienen voor de studie van sterren in het algemeen. Een team van astronomen van de Universiteit van Genève, Zwitserland (UNIGE) heeft in samenwerking met de Université de Liège een nieuw theoretisch model ontwikkeld dat een deel van het probleem oplost:rekening houdend met de rotatie van de zon, die varieerde in de tijd, en de magnetische velden die het genereert, hebben ze de chemische structuur van de zon kunnen verklaren. De resultaten van deze studie zijn gepubliceerd in Nature Astronomy .

"De zon is de ster die we het beste kunnen karakteriseren, dus het vormt een fundamentele test voor ons begrip van de stellaire fysica. We hebben overvloedmetingen van zijn chemische elementen, maar ook metingen van zijn interne structuur, zoals in het geval van de aarde dankzij seismologie", legt Patrick Eggenberger uit, een onderzoeker bij de afdeling astronomie van de UNIGE en eerste auteur van de studie.

Deze waarnemingen zouden in overeenstemming moeten zijn met de resultaten die worden voorspeld door de theoretische modellen die de evolutie van de zon proberen te verklaren. Hoe verbrandt de zon zijn waterstof in de kern? Hoe wordt daar energie geproduceerd en vervolgens naar de oppervlakte getransporteerd? Hoe drijven chemische elementen binnen de zon, beïnvloed door zowel rotatie als magnetische velden?

Het standaard zonnemodel

"Het standaard zonnemodel dat we tot nu toe gebruikten, beschouwt onze ster op een zeer vereenvoudigde manier, enerzijds met betrekking tot het transport van de chemische elementen in de diepste lagen; aan de andere kant voor de rotatie en de interne magnetische velden die tot nu toe volledig werden verwaarloosd", legt Gaël Buldgen uit, een onderzoeker bij de afdeling astronomie van de UNIGE en co-auteur van de studie.

Alles werkte echter prima tot het begin van de jaren 2000, toen een internationaal wetenschappelijk team de zonne-abundantie drastisch herzag dankzij een verbeterde analyse. De nieuwe abundanties veroorzaakten diepe rimpelingen in de wateren van de zonnemodellering. Vanaf dat moment was geen enkel model in staat om de gegevens te reproduceren die zijn verkregen door helioseismologie (de analyse van de oscillaties van de zon), met name de overvloed aan helium in de zonne-envelop.

Een nieuw model en de sleutelrol van rotatie en magnetische velden

Het nieuwe zonnemodel dat door het UNIGE-team is ontwikkeld, omvat niet alleen de evolutie van rotatie die in het verleden waarschijnlijk sneller was, maar ook de magnetische instabiliteit die het veroorzaakt. "We moeten absoluut tegelijkertijd rekening houden met de effecten van rotatie en magnetische velden op het transport van chemische elementen in onze stellaire modellen. Het is belangrijk voor de zon en voor de stellaire fysica in het algemeen en heeft een directe impact op de chemische evolutie van het heelal, gezien dat de chemische elementen die cruciaal zijn voor het leven op aarde in de kern van de sterren worden gekookt", zegt Patrick Eggenberger.

Het nieuwe model voorspelt niet alleen terecht de concentratie van helium in de buitenste lagen van de zon, maar weerspiegelt ook die van lithium dat tot nu toe weerstand bood aan modellering. "De overvloed aan helium wordt correct gereproduceerd door het nieuwe model omdat de interne rotatie van de zon die wordt veroorzaakt door de magnetische velden een turbulente menging genereert die voorkomt dat dit element te snel naar het centrum van de ster valt; tegelijkertijd wordt de overvloed aan lithium waargenomen op het zonneoppervlak wordt ook gereproduceerd omdat dezelfde vermenging het naar de hete gebieden transporteert waar het wordt vernietigd", legt Patrick Eggenberger uit

Het probleem is niet volledig opgelost

Het nieuwe model lost echter niet alle uitdagingen van de helioseismologie op:"Dankzij de helioseismologie weten we binnen 500 km in welk gebied de convectieve bewegingen van materie beginnen, 199.500 km onder het oppervlak van de zon. De theoretische modellen van de zon voorspellen een diepteverschuiving van 10.000 km", zegt Sébastien Salmon, onderzoeker bij de UNIGE en co-auteur van het artikel. Als het probleem met het nieuwe model nog steeds bestaat, opent het een nieuwe deur naar begrip:"Dankzij het nieuwe model werpen we licht op de fysieke processen die ons kunnen helpen dit cruciale verschil op te lossen."

Update van zonne-achtige sterren

"We zullen de massa's, stralen en leeftijden moeten herzien die zijn verkregen voor de sterren van het zonnetype die we tot nu toe hebben bestudeerd", zegt Gaël Buldgen, die de volgende stappen beschrijft. In de meeste gevallen wordt zonnefysica getransponeerd naar casestudies dicht bij de zon. Als de modellen voor het analyseren van de zon worden aangepast, moet deze update daarom ook worden uitgevoerd voor andere sterren die vergelijkbaar zijn met de onze.

Patrick Eggenberger zegt:"Dit is vooral belangrijk als we de gaststerren van planeten beter willen karakteriseren, bijvoorbeeld in het kader van de PLATO-missie." Dit observatorium van 24 telescopen zou in 2026 naar het Lagrange-punt 2 (1,5 miljoen kilometer van de aarde, tegenover de zon) moeten vliegen om kleine planeten te ontdekken en te karakteriseren en de kenmerken van hun gastheerster te verfijnen. + Verder verkennen

Kernoverschrijding beperkt door de afwezigheid van een convectieve zonnekern en enkele zonne-achtige sterren