خورشید از چه چیزی ساخته شده است؟
رنگین کمان با خطوط سیاه نشان می‌دهد که در آن اتمهای مختلف طول موجهای نور را جذب کرده‌اند. طیف خورشید شامل جنگلی از خطوط تیره، طول‌موج‌های خاص جذب شده توسط اتمهای خورشید است. چنین اطلاعاتی اخترشناسان را قادر می‌سازد تا دما و ترکیب شیمیایی یک ستاره را استنباط کنند.
- Bergemann / MPIA / NARVAL@TBL
فیزیکدانانی که روی آزمایش بورکسینو در ایتالیا کار می‌کنند، برای اولین بار از نوترینوهای خورشیدی برای اندازه‌گیری فراوانی کربن و نیتروژن در هسته خورشید استفاده کردند. تجزیه و تحلیل آنها از داده‌های تقریباً پنج ساله باعث عمیق شدن بحث چندین دهه بین ستاره‌شناسان در مورد ترکیب واقعی خورشید می‌شود.
این بحث به روش‌های مختلف اندازه‌گیری آنچه در خورشید وجود دارد، بستگی دارد و آزمایش بورکسینو این پتانسیل را دارد که براساس یک ذره کوچک زیراتمی: نوترینو، این موضوع را بررسی کند.
حدود 99 درصد از انرژی خورشید زمانی تولید می‌شود که هیدروژن از طریق یک سری مراحل به نام زنجیره پروتون-پروتون (pp) به هلیوم تبدیل می‌شود. باقیمانده از چرخه CNO می‌آید که شامل همجوشی و فروپاشی ایزوتوپهای مختلف کربن، نیتروژن و اکسیژن است. هر دو مکانیسم نوترینوها را به عنوان محصولات جانبی تولید می‌کنند.
در سال 2020، فیزیکدانان اعلام کردند که نوترینوها را از چرخه CNO خورشید برای اولین بار با استفاده از بورکسینو، یک آشکارساز زیرزمینی در زیر رشته کوه Gran Sasso ایتالیا، شناسایی کردند. آنها این داده‌های جدید را بین ژانویه 2017 و اکتبر 2021 به دست آوردند و به طور متوسط روزانه 4.8 نوترینو CNO را مشاهده کردند. اکنون، فیزیکدانان خطاهای اندازه گیری خود را در مقایسه با سال 2020 به نصف کاهش داده‌اند که آنها را قادر می‌سازد تا فراوانی کربن و نیتروژن در هسته خورشید را اندازه‌گیری کنند. آنها یافته‌ها را در Physical Review Letters منتشر کرده‌اند.
قبل از این نتایج، اخترشناسان دو روش برای اندازه‌گیری اینکه خورشید از چه ساخته شده بود داشتند: طیف سنجی و هلیوسیسمولوژی.
طیف‌نگارها نور خورشید را به یک طیف تقسیم می‌کنند و به دنبال اثر انگشت شیمیایی به نام خطوط جذب می‌گردند که در آن عناصر مختلف فرکانسهای خاصی از نور را بلعیده‌اند. از سوی دیگر هلیوسیسم‌شناسان امواج صوتی را اندازه‌گیری می‌کنند که پس از جهش به اطراف خورشید به سطح خورشید رسیده‌اند. هر چه عناصر سنگین خورشید بیشتر باشد، از رسیدن امواج صوتی به سطح جلوگیری می‌کند. (اخترشناسان به عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم به عنوان فلزات اشاره می‌کنند؛ هر چه خورشید دارای فلزات بیشتری باشد، فلزی بودن آن بیشتر است.)
این نمودار برش عمقی را نشان می‌دهد که موجهای مختلف در داخل خورشید حرکت می‌کنند. امواج صوتی («حالتهای p»، p فشار) در سراسر خورشید طنین‌انداز می‌کنند، در حالی که امواج گرانشی با فرکانس پایین («حالتهای g») در اعماق درونی می‌مانند. ستاره‌شناسان برای درک فضای داخلی خورشید، از جمله ترکیب آن، چنین تپش‌هایی را مطالعه می‌کنند. ESA / ناسا
دو روش مستقل زمانی با یکدیگر توافق داشتند. با این حال، اندازه‌گیری های جدید و بهبود یافته در دهه 2000 باعث شد که آنها به طور قابل توجهی از هم جدا شوند. اکنون، هلیوسیسم‌شناسان برای فلزی بودن بالاتر از چیزی بحث می کنند که طیف‌سنجی‌ها تشخیص می دهند، در چیزی که به عنوان مشکل فراوانی خورشیدی شناخته شده است.
در می 2022، تیمی به رهبری طیف‌نگار اکاترینا مگ با یافتن 26 درصد فلزات بیشتر در سطح خورشید نسبت به مطالعات طیف‌سنجی قبلی، این دو اردوگاه را به هم نزدیکتر کرد. به نظر می‌رسد فراوانی کربن-نیتروژن جدید از داده‌های نوترینوی بورکسینو با نتایج مگ البته با محدوده احتمالی زیاد منطبق است. داده‌های بورکسینو بین 9 تا 58 درصد فلزات بیشتری را در داخل نسبت به مطالعات قبلی ایجاد می‌کند.
نموداری که چرخه کربن-نیتروژن-اکسیژن را نشان می‌دهد چرخه کربن-نیتروژن-اکسیژن (CNO) در خورشید یکی از راههای نادرتر برای انجام همجوشی است، اما درک این چرخه می‌تواند مقدار عناصر سنگین تر در فضای داخلی خورشید را روشن کند.
ساربانی باسو، هلیوسیسم‌شناس (دانشگاه ییل)، که در مطالعه نوترینو شرکت نداشت، فکر می‌کند این یافته قابل توجه است. او می‌گوید: «من فکر می‌کنم نتایج بورکسینو به نفع محدودیت‌های هلیوسیسمی روی فلزات است، با توجه به اینکه نتایج طیف‌سنجی ماگ و همکاران [همچنین] فلزی بودن بالاتری را ارائه می‌دهند.»
با این حال، مقاله جدیدی که اخیراً برای انتشار در اخترشناسی و اخترفیزیک پذیرفته شده است، این توافق فرضی را زیر سوال می برد. گائل بولجن (دانشگاه ژنو) سرپرست این مطالعه می‌گوید: «اگر تأثیرات چرخش خورشید و کاهش مشاهده‌شده لیتیوم در سطح خورشید را در نظر بگیرید، حتی مدل‌هایی با فراوانی CNO بالا از مگ و همکارانش با نتایج بورکسینو موافق نیستند».
اگر بولدگن درست باشد، نوترینوهای CNO و هلیوسیسمولوژی باعث می‌شود که فلزی بودن بالا در فضای داخلی خورشیدی مورد استفاده قرار گیرد – اما با طیف‌سنجی که همچنان از یک پایین‌تر در سطح خورشید استفاده می‌کند. هر دو می‌تواند درست باشد.
مشاهدات بیشتر نوترینو CNO مطمئناً به کاهش عدم قطعیت پیرامون این اندازه‌گیری‌های آزمایشی کمک می‌کند، اما آنها از بورکسینو نمی‌آیند. این آزمایش در اکتبر 2021 متوقف شد و در حال حاضر هیچ تاسیسات دیگری وجود ندارد که بتواند این نوترینوهای کم انرژی را مشاهده کند.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
WHAT IS THE SUN MADE OF? NEW DATA DEEPENS DEBATE
BY: COLIN STUART DECEMBER 28, 2022
https://skyandtelescope.org/astronomy-news/what-is-the-sun-made-of-new-data-deepens-debate/