Astronomen hebben een oplossing gevonden voor een tien jaar oud vraagstuk omtrent de zon: de schijnbare tegenspraak tussen de inwendige structuur van de zon zoals bepaald uit de zogeheten zonnebevingen, en de structuur zoals die wordt afgeleid uit metingen van de chemische samenstelling van de zon.
Nieuwe berekeningen van de fysica van de zonneatmosfeer hebben bijgestelde resultaten opgeleverd voor de abundanties (relatieve hoeveelheden) van verschillende elementen, die de tegenspraak uit de weg ruimen.
Met name blijkt de zon meer zuurstof, silicium en neon te bevatten dan tot nu toe werd gedacht.
De gebruikte methode kan ook worden gebruikt om nauwkeurigere schattingen te maken van de chemische samenstelling van andere sterren (Astronomy & Astrophysics).
Om de chemische samenstelling van zon en sterren te kunnen bepalen, maken astronomen al sinds meer dan tweehonderd jaar gebruik van spectra: de kleurenband die ontstaat wanneer licht in zijn verschillende golflengten wordt uiteengerafeld.
In deze spectra zijn vaak opvallende donkere lijnen te zien, die de aanwezigheid van specifieke chemische elementen aangeven.
En uit de chemische samenstelling van een ster kan weer worden afgeleid hoe deze van binnen in elkaar zit en is geëvolueerd.
Het moderne standaardmodel van de evolutie van de zon is gekalibreerd aan de hand van een (in kringen van zonnefysici) beroemde reeks metingen van de chemische samenstelling van de zonneatmosfeer, die in 2009 zijn gepubliceerd.
Maar op sommige punten was de structuur van onze ster zoals die uit het standaardmodel wordt afgeleid in tegenspraak met de zogeheten zelfoscillatie van de zon, de ritmische, op- en neergaande bewegingen van die het zonneoppervlak op tijdschalen van seconden tot uren vertoont.
Net zoals de seismische golven van aardbevingen informatie verschaffen over het inwendige van de aarde, of zoals het galmende geluid van een klok informatie geeft over diens vorm en materiaaleigenschappen, verschaft de ‘helioseismologie’ informatie over het inwendige van de zon.
Het vreemde was echter dat een belangrijk deel van de zon – de zogeheten convectiezone, waar hete gasbellen opstijgen en na hun warmte te hebben afgeven weer omlaag zakken – volgens de helioseismologie beduidend groter moest zijn dan het standaardmodel voorspelde.
En ook op andere punten waren afwijkingen te zien. Een team onder leiding van Ekaterina Magg (Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, Duitsland) is er nu in geslaagd om deze tegenspraak uit de weg te ruimen. Daartoe hebben de onderzoekers de vereenvoudigingen, waar de oude modellen gebruik van maakten om het rekenwerk te verlichten, losgelaten.
De nieuwe, complexere berekeningen laten zien dat het verband tussen de abundanties van cruciale chemische elementen en de sterkte van de bijbehorende spectraallijnen significant afwijkt van wat eerdere onderzoekers hadden aangenomen.
En daardoor zijn de onderlinge verhoudingen tussen de verschillende elementen ook een beetje anders dan gedacht.
De onderzoekers hebben onder meer vastgesteld dat de zon ruim een kwart meer elementen zwaarder dan helium bevat, dan eerdere studies suggereerden.
Dat lijkt een kolossaal verschil, maar in feite behoort slechts ongeveer één op de duizend atoomkernen in de zon tot deze categorie.
Voor het specifieke element zuurstof is de abundantie met 15 procent naar boven bijgesteld. Wanneer de nieuwe waarden in de huidige modellen voor het inwendige van de zon worden ingevoerd, blijkt de raadselachtige discrepantie tussen hun uitkomsten te verdwijnen.
En dat niet alleen: de nieuwe waarden komen ook beter overeen met de chemische samenstelling van de zogeheten CI-chondrieten – koolstofrijke meteorieten waarvan wordt aangenomen dat zij de chemische samenstelling van het zeer jonge zonnestelsel weergeven. (EE)
(Image Credit: (M. Bergemann/MPIA/NARVAL@TBL)
