La maggior parte degli elementi chimici prodotti nell’Universo proviene dalle stelle. Gli astronomi li osservano direttamente nelle loro atmosfere, e ne predicono l’abbondanza grazie ai modelli teorici di evoluzione stellare. Se cambia l’abbondanza degli elementi chimici delle stelle significa cambiare la struttura interna, la massa, il raggio, ma anche cambiare l’evoluzione chimica dell’intero Universo. Una nuova ricerca dell’Università di Ginevra ha sviluppato un modello teorico in grado di spiegare l’abbondanza dell’elio e del litio sulla superficie del Sole, risolvendo un antico disaccordo fra dati e teoria. Lo studio è pubblicato su Nature Astronomy.
Incongruenze tra teoria e dati
Prima del 2009, gli scienziati pensavano di aver compreso tutto del Sole. In quell’anno, però, sono state pubblicate nuove misure della composizione chimica dell’atmosfera solare, le più accurate di sempre, che si sono rivelate molto diverse rispetto alle previsioni del modello standard – attualmente ancora in uso. Questo modello propone una trattazione molto semplificata del trasporto degli elementi chimici negli strati più profondi del Sole, e trascura completamente la rotazione e l’azione dei campi magnetici interni. Non solo, se viene usato per ricostruire la struttura interna della nostra stella – che, come le altre, è una sorta di cipolla con elementi chimici diversi in ogni strato – si ottengono risultati in netta contraddizione con le misurazioni eliosismiche basate sulle oscillazioni del Sole.
Per questo molti studi, alcuni dei quali recenti, hanno cercato di ricalcolare le abbondanze chimiche solari perfezionando le equazioni che le generano nei modelli. Proprio pochi giorni prima dell’uscita di questo articolo, ne usciva un altro su Astronomy & Astrophysics che prometteva di aver risolto il problema delle abbondanze, e che riconciliava le osservazioni dell’atmosfera con quelle eliosismiche. Gli autori dello studio, comunque, riconoscono che nonostante il loro metodo risolva alcune incongruenze fra teoria e osservazioni, ancora una volta la loro trattazione del problema semplifica molto la fisica solare nelle sue regioni interne.
Rotazione e magnetismo
Il nuovo modello solare considera, da un lato, l’evoluzione della rotazione del Sole, probabilmente più rapida in passato, dall’altro, le instabilità magnetiche che essa genera e che agiscono direttamente sul trasporto degli elementi chimici all’interno della stella. In questo modo riesce a prevedere la concentrazione di elio negli strati esterni del Sole e quella del litio sulla superficie solare.
“Il nostro studio presenta nuovi modelli che tengono conto degli effetti della rotazione e dei campi magnetici interni, prima trascurati nel calcolo dei modelli solari standard”, ribadisce a Galileo Patrick Eggenberger, ricercatore presso il Dipartimento di astronomia dell’Università di Ginevra e primo autore dello studio. “Il suo punto di forza è che, una volta presi in considerazione questi effetti, otteniamo un modello solare che è in grado di riprodurre simultaneamente la rotazione interna del Sole misurata dall’eliosismologia, l’abbondanza superficiale solare di litio, che non è riprodotta dai modelli solari standard in nessuno studio precedente al nostro, e l’abbondanza di elio dedotta dall’eliosismologia”.
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, si riproduce anche l’abbondanza di litio osservata sulla superficie solare perché questa stessa miscelazione lo trasporta nelle regioni calde, dove viene distrutto. “È importante per il Sole come per la fisica stellare in generale e ha un impatto diretto sull’evoluzione chimica dell’Universo, dato che gli elementi chimici cruciali per la vita sulla Terra vengono preparati nel nucleo delle stelle”.
L’enigma irrisolto dell’eliosismologia
Rimane tuttavia aperto il problema sollevato dall’eliosismologia, che il nuovo modello non è in grado di risolvere, e in particolare il disaccordo sull’estensione della regione convettiva all’interno del Sole – una regione estesa in cui la materia sale e scende come l’acqua in una pentola in ebollizione. Nel frattempo, tutti questi tasselli aggiunti recentemente alla fisica solare probabilmente cambieranno la visione attuale che abbiamo di tutte le stelle dell’Universo, per le quali il Sole è sempre stato usato come riferimento. Occorrerà innanzitutto rivederne la massa e il raggio in relazione a quanto stimato ora, e probabilmente anche la composizione chimica e l’evoluzione in generale.
Riferimenti: Nature Astronomy
Credits immagine: Luis Graterol on Unsplash
