Ученые из Уппсальского университета совершили прорыв в понимании состава нашей звезды: Солнце содержит примерно на 55 процентов больше серебра, чем предполагалось ранее. Это открытие стало возможным благодаря созданию более реалистичной модели солнечной атмосферы и помогает решить одну из давних загадок космохимии — так называемую проблему «пропавшего серебра».
Как и большинство звезд, наше Солнце почти целиком состоит из водорода и гелия. На все остальные химические элементы приходится лишь около полутора процентов массы. Однако именно эти микроскопические примеси служат важнейшей летописью космоса, хранящей информацию о процессах, происходивших миллиарды лет назад.
Рождение открытия
Ключевую роль в этом открытии сыграла Сема Калискан, которая начала эту работу еще будучи аспиранткой на кафедре физики и астрономии Уппсальского университета. «Новые знания о составе Солнца важны для понимания других звезд, планет и космического материала, поскольку Солнце является главным ориентиром для всей астрономии», — пояснила исследовательница.
Тяжелые элементы не рождаются сами по себе; они возникают внутри звезд или во время их взрывов (сверхновых), становясь строительным материалом для новых поколений светил и планет.
Как читают свет звезд
Для определения химического состава удаленных объектов астрофизики используют метод спектроскопии. Когда свет проходит через газ, атомы определенных элементов поглощают фотоны строго определенных длин волн. В результате в радужном спектре появляются темные «провалы» — линии поглощения. Для каждого элемента этот узор уникален, словно отпечаток пальца.
Ранее количество серебра вычислялось с помощью упрощенных атмосферных моделей. Команда из Уппсалы пошла дальше. Они разработали сложную динамическую модель внешних слоев Солнца, объединив ее с продвинутыми расчетами атомной физики. Новая система учитывает неравновесные эффекты — то есть то, как само излучение меняет состояние атомов серебра прямо в процессе измерения.
Решение старой загадки
«Благодаря новой модели мы смогли гораздо точнее расшифровать те самые спектральные линии, по которым определяют количество солнечного серебра», — рассказала Сема Калискан. Она начинала свой путь с изучения структуры самих атомов, а затем применила эти фундаментальные знания к задачам звездной астрофизики.
До этого момента существовала серьезная несостыковка. Количество серебра, измеренное на Солнце, всегда было значительно ниже, чем концентрация того же элемента в древних метеоритах. Поскольку и Солнце, и метеориты сформировались из одного и того же газопылевого облака 4,6 миллиарда лет назад, их состав должен быть идентичным. Новое значение содержания серебра на Солнце наконец-то привело цифры в соответствие с данными метеоритного анализа, закрыв это белое пятно в истории формирования Солнечной системы.
Разработанный подход универсален. Тот же алгоритм моделирования теперь можно применить для анализа состава других далеких звезд, что позволит астрономам гораздо точнее картографировать химическую эволюцию Млечного Пути и понимать, как распределяются тяжелые элементы во Вселенной.
Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
Изображение: солнечный спектр. Две самые сильные серебряные линии, выделенные белым, находятся в ультрафиолетовой области, невидимой человеческому глазу. Кредит: Аниш Амарси/Университет Уппсалы
