All'inizio degli anni 2000, una nuova serie di dati ha rivisto le abbondanze chimiche sulla superficie del sole, contraddicendo i valori previsti dai modelli standard utilizzati dagli astrofisici. Spesso messe in discussione, queste nuove abbondanze hanno superato diverse nuove analisi. Poiché sembravano rivelarsi corretti, spettava quindi ai modelli solari adattarsi, soprattutto perché servono come riferimento per lo studio delle stelle in generale. Un team di astronomi dell'Università di Ginevra, Svizzera (UNIGE) in collaborazione con l'Université de Liège, ha sviluppato un nuovo modello teorico che risolve parte del problema:considerando la rotazione del sole, che varia nel tempo, e i campi magnetici che esso genera, sono stati in grado di spiegare la struttura chimica del sole. I risultati di questo studio sono pubblicati su Nature Astronomy .

"Il sole è la stella che possiamo caratterizzare meglio, quindi costituisce un test fondamentale per la nostra comprensione della fisica stellare. Abbiamo misurazioni dell'abbondanza dei suoi elementi chimici, ma anche misurazioni della sua struttura interna, come nel caso della Terra grazie a sismologia", spiega Patrick Eggenberger, ricercatore presso il Dipartimento di astronomia dell'UNIGE e primo autore dello studio.

Queste osservazioni dovrebbero essere in linea con i risultati previsti dai modelli teorici che mirano a spiegare l'evoluzione del sole. Come fa il sole a bruciare il suo idrogeno nel nucleo? Come viene prodotta l'energia e poi trasportata verso la superficie? In che modo gli elementi chimici si spostano all'interno del sole, influenzati sia dalla rotazione che dai campi magnetici?

Il modello solare standard

"Il modello solare standard che abbiamo utilizzato finora considera la nostra stella in maniera molto semplificata, da un lato, per quanto riguarda il trasporto degli elementi chimici negli strati più profondi; dall'altro, per la rotazione e i campi magnetici interni finora del tutto trascurate", spiega Gaël Buldgen, ricercatore presso il Dipartimento di astronomia dell'UNIGE e coautore dello studio.

Tuttavia, tutto ha funzionato bene fino all'inizio degli anni 2000, quando un team scientifico internazionale ha rivisto drasticamente le abbondanze solari grazie a un'analisi migliorata. Le nuove abbondanze hanno causato profonde increspature nelle acque della modellazione solare. Da quel momento in poi, nessun modello è stato in grado di riprodurre i dati ottenuti dall'eliosismologia (l'analisi delle oscillazioni del sole), in particolare l'abbondanza di elio nell'involucro solare.

Un nuovo modello e il ruolo chiave della rotazione e dei campi magnetici

Il nuovo modello solare sviluppato dal team UNIGE include non solo l'evoluzione della rotazione, probabilmente più rapida in passato, ma anche le instabilità magnetiche che crea. "Dobbiamo assolutamente considerare contemporaneamente gli effetti della rotazione e dei campi magnetici sul trasporto di elementi chimici nei nostri modelli stellari. È importante per il Sole come per la fisica stellare in generale e ha un impatto diretto sull'evoluzione chimica dell'Universo, data la che gli elementi chimici cruciali per la vita sulla Terra sono cotti nel cuore delle stelle", afferma Patrick Eggenberger.

Non solo il nuovo modello prevede giustamente la concentrazione di elio negli strati esterni del sole, ma riflette anche quella del litio che finora ha resistito alla modellazione. "L'abbondanza di elio è riprodotta correttamente dal nuovo modello perché la rotazione interna del sole imposta dai campi magnetici genera un rimescolamento turbolento che impedisce a questo elemento di cadere troppo velocemente verso il centro della stella; contemporaneamente, l'abbondanza di litio osservata sulla superficie solare si riproduce anche perché questa stessa miscelazione lo trasporta nelle regioni calde dove viene distrutto", spiega Patrick Eggenberger

Il problema non è stato completamente risolto

Tuttavia, il nuovo modello non risolve tutte le sfide sollevate dall'eliosismologia:"Grazie all'eliosismologia, sappiamo entro 500 km in quale regione iniziano i movimenti convettivi della materia, 199.500 km sotto la superficie del sole. Tuttavia, i modelli teorici di il sole prevede uno scostamento di profondità di 10.000 km", afferma Sébastien Salmon, ricercatore dell'UNIGE e coautore dell'articolo. Se il problema persiste con il nuovo modello, si apre una nuova porta di comprensione:"Grazie al nuovo modello, facciamo luce sui processi fisici che possono aiutarci a risolvere questa differenza critica".

Aggiornamento delle stelle solari

"Dovremo rivedere le masse, i raggi e le età ottenute per le stelle di tipo solare che abbiamo studiato finora", afferma Gaël Buldgen, descrivendo in dettaglio i passaggi successivi. Infatti, nella maggior parte dei casi, la fisica solare viene trasposta in casi di studio vicini al sole. Pertanto, se i modelli per l'analisi del sole vengono modificati, questo aggiornamento deve essere eseguito anche per altre stelle simili alla nostra.

Patrick Eggenberger afferma:"Questo è particolarmente importante se vogliamo caratterizzare meglio le stelle ospiti dei pianeti, ad esempio nell'ambito della missione PLATO". Questo osservatorio di 24 telescopi dovrebbe volare nel punto 2 di Lagrange (1,5 milioni di chilometri dalla Terra, di fronte al Sole) nel 2026 per scoprire e caratterizzare piccoli pianeti e perfezionare le caratteristiche della loro stella ospite. + Esplora ulteriormente

Superamento del nucleo limitato dall'assenza di un nucleo solare convettivo e di alcune stelle simili al solare