Un modelo soluciona con éxito parte del "problema solar"

Un nuevo modelo teórico considera la variación a lo largo del tiempo en la rotación del sol y los campos magnéticos que genera para explicar la estructura química de nuestra estrella.

A principios de la década de 2000, un nuevo conjunto de datos revisó las abundancias químicas en la superficie del sol, contradiciendo los valores predichos por los modelos estándar utilizados por los astrofísicos. A menudo desafiadas, estas nuevas abundancias superaron varios análisis. Como parecían ser correctos, correspondía a los modelos solares adaptarse, especialmente porque sirven como referencia para el estudio de las estrellas en general. El nuevo modelo, descrito en Nature Astronomy, afronta la cuestión.

"El sol es la estrella que mejor podemos caracterizar, por lo que constituye una prueba fundamental para nuestra comprensión de la física estelar. Disponemos de abundantes medidas de sus elementos químicos, pero también de su estructura interna, como en el caso de la Tierra gracias a sismología", explica Patrick Eggenberger, investigador del Departamento de astronomía de la UNIGE (Universidad de Ginebra) y primer autor del estudio.

Estas observaciones deberían estar en línea con los resultados predichos por los modelos teóricos que pretenden explicar la evolución del sol. ¿Cómo quema el sol su hidrógeno en el núcleo? ¿Cómo se produce la energía allí y luego se transporta hacia la superficie? ¿Cómo se desplazan los elementos químicos dentro del sol, influenciados tanto por la rotación como por los campos magnéticos?

"El modelo solar estándar que utilizamos hasta ahora considera a nuestra estrella de manera muy simplificada, por un lado, en lo que se refiere al transporte de los elementos químicos en las capas más profundas; por otro lado, en cuanto a la rotación y los campos magnéticos internos. que estaban completamente descuidados hasta ahora", explica Gaël Buldgen, investigador del Departamento de astronomía de la UNIGE y coautor del estudio.

Sin embargo, todo funcionó bien hasta principios de la década de 2000, cuando un equipo científico internacional revisó drásticamente las abundancias solares gracias a un análisis mejorado. Las nuevas abundancias causaron profundas ondas en las aguas del modelado solar. A partir de entonces, ningún modelo pudo reproducir los datos obtenidos por la heliosismología (el análisis de las oscilaciones del sol), en particular la abundancia de helio en la envoltura solar.

El nuevo modelo solar desarrollado por el equipo de UNIGE incluye no solo la evolución de la rotación, que probablemente fue más rápida en el pasado, sino también las inestabilidades magnéticas que crea. "Debemos considerar absolutamente simultáneamente los efectos de la rotación y los campos magnéticos en el transporte de elementos químicos en nuestros modelos estelares. Es importante para el sol como para la física estelar en general y tiene un impacto directo en la evolución química del Universo, dado que los elementos químicos que son cruciales para la vida en la Tierra se cocinan en el núcleo de las estrellas", dice Patrick Eggenberger.

El nuevo modelo no solo predice correctamente la concentración de helio en las capas exteriores del sol, sino que también refleja la del litio, que se resistía a modelar hasta ahora. "La abundancia de helio es reproducida correctamente por el nuevo modelo porque la rotación interna del sol impuesta por los campos magnéticos genera una mezcla turbulenta que evita que este elemento caiga demasiado rápido hacia el centro de la estrella; simultáneamente, la abundancia de litio observada en la superficie solar también se reproduce porque esa misma mezcla lo transporta a las regiones cálidas donde se destruye", explica Patrick Eggenberger

Sin embargo, el nuevo modelo no resuelve todos los desafíos planteados por la heliosismología: "Gracias a la heliosismología, sabemos en 500 km en qué región comienzan los movimientos convectivos de la materia, 199.500 km por debajo de la superficie del sol. Sin embargo, los modelos teóricos de el sol predice un desplazamiento de profundidad de 10.000 km", dice Sébastien Salmon, investigador de la UNIGE y coautor del artículo. Si el problema persiste con el nuevo modelo, abre una nueva puerta de entendimiento: "Gracias al nuevo modelo, arrojamos luz sobre los procesos físicos que pueden ayudarnos a resolver esta diferencia crítica".

"Vamos a tener que revisar las masas, los radios y las edades obtenidos para las estrellas de tipo solar que hemos estudiado hasta ahora", dice Gaël Buldgen, detallando los próximos pasos. De hecho, en la mayoría de los casos, la física solar se transpone a estudios de casos cercanos al sol. Por lo tanto, si se modifican los modelos para analizar el sol, esta actualización también se debe realizar para otras estrellas similares a la nuestra.

Patrick Eggenberger dice: "Esto es particularmente importante si queremos caracterizar mejor las estrellas anfitrionas de los planetas, por ejemplo, en el marco de la misión PLATO". Este observatorio de 24 telescopios debería volar al punto 2 de Lagrange (a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, frente al sol) en 2026 para descubrir y caracterizar pequeños planetas y afinar las características de su estrella anfitriona.

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