全盛期の星と同様に、太陽は主に水素原子で構成されており、2 つずつ融合してヘリウムになり、その過程で莫大なエネルギーが放出されます。しかし、太陽の運命を支配するのは、天文学者が金属と呼ぶより重い元素の小さな濃度です。太陽の「金属性」を研究しているスウェーデンのストックホルム大学の物理学者である Sunny Vagnozzi は、次のように説明しています。星が金属的であるほど不透明であり (金属は放射線を吸収するため)、不透明度はサイズ、温度、明るさ、寿命、およびその他の重要な特性に関連しています。 「基本的に、金属性は星がどのように死ぬかを教えてくれます」と Vagnozzi 氏は言いました。
しかし、太陽の金属量は、それ自体の物語を明らかにするだけでなく、他のすべての星の金属量、つまり星、銀河、その他すべての年齢、温度、その他の特性の測定値を調整するための一種の尺度としても機能します。オーストラリア国立大学の天体物理学者であるマーティン・アスプルンド氏は、「太陽の物差しを変えると、自動的に宇宙に対する私たちの理解が変わらなければならないことを意味します。 「そのため、太陽の化学組成について正確な知識を持つことが非常に重要です。」
しかし、太陽の金属量のより正確な測定は、彼らが答えたよりも多くの疑問を提起しました.天文学者が太陽の金属量、太陽の存在量、太陽の組成、または太陽のモデリングの問題としてさまざまに知られている謎を解決できないことは、太陽、したがってすべての星の理解に「何か根本的に間違っている」可能性があることを示唆している. 「それは大変なことです。」
20 年前、天文学者は太陽を分類したと考えていました。その金属性を推測する直接的および間接的な方法は、どちらも太陽を約 1.8% の金属として測定しました。これは、彼らが太陽の物差しの長さだけでなく、太陽がどのように機能するかを理解していると信じさせる幸せな収束でした。しかし、2000 年代を通じて、太陽光の分光測定の精度が向上しました。これは、各元素がスペクトル内に明確な吸収線を作成するため、太陽の組成を直接調べるものであり、わずか 1.3% というはるかに低い金属量を示していました。一方、異なる周波数の音波が太陽の内部を伝播する方法に基づいて金属性を推測するための競合する間接的なアプローチである日震学は、依然として 1.8% と述べています。
しかし、「標準太陽モデル」と呼ばれる天文学者の太陽理論が正しければ、分光学と日震学は一致するはずです。つまり、天文学者は、太陽地震学的測定を使用して、放射が対流に取って代わられる太陽の重要な境界層の深さを計算できるはずです。そして、この深さは、方程式によると、太陽の不透明度、つまりその金属量に関係しています。この一連の計算は、分光器が太陽光から直接測定するのと同じ金属量の値を予測するはずです。そうではありません。
「これは太陽物理学だけの問題ではなく、天文学全体の問題です」と、正確な分光測定の背後にあるチームを率いたアスプルンド氏は述べています。 「天文学者は、分光法を使用して星の元素存在量を測定する方法を理解していないか、星の内部とそれらがどのように振動するかについての私たちの理解が不完全です」と彼は言いました。 「いずれにせよ、星は宇宙の基本的な探査機であり、恒星の天体物理学は現代の天文学と宇宙論の基礎の多くを提供しているため、大きな影響があります。」
イェール大学の太陽天体物理学者であるサルバニ・バス氏は、太陽の暗黒物質についての憶測を含め、何がうまくいかないのかについて何年にもわたって話し合ってきたが、議論は「少し膠着状態」に達していると述べた。しかし、希望があります。最近、太陽の金属性についての弱いヒントが、太陽から放出される太陽ニュートリノと呼ばれるつかの間の粒子からもたらされました。さまざまな核融合反応がさまざまなエネルギーの太陽ニュートリノを生成するため、粒子は太陽の組成に関する情報を運びます。先月ドイツのハイデルベルクで開催された会議で、イタリアのグラン サッソ国立研究所を拠点とするボレクシーノ実験は、太陽の金属量の 1.8% という高い推定値をわずかに支持する太陽ニュートリノの検出を報告しました。
この高金属量の推定値が実際に正しいとすれば、アスプルンドと共同研究者の分光測定で正確に何が間違っていたのかという疑問が生じます。 「問題が分光法にある場合、他の星を分析するときに同様の誤りを犯す可能性があります」と彼は言い、天の川のような星や銀河の化学進化の解釈に影響を与えるでしょう.
しかし、アスプルンドは、彼の 1.3 パーセントの分光学的推定値を支持しています。彼は、Nature での 2015 年の研究を指摘しています。 これは、太陽核の高圧状態で金属が以前に考えられていたよりもさらに不透明性を高める可能性があることを示しています。標準的な太陽モデルのこの違いを補正すると、日震学とニュートリノの金属量の推定値が 1.3% に下がる可能性があると彼は言いました。
今後数年間で、ボレキシノのチームは、炭素、窒素、酸素原子が水素をヘリウムに融合するための触媒として機能する太陽の核融合反応である CNO サイクルで生成されるまれな太陽ニュートリノを検出することを期待しています。マサチューセッツ大学アマースト校の物理学者であり、ボレクシーノ共同研究のメンバーであるアンドレア・ポカールは、「CNO ニュートリノは金属量の影響を大きく受けるため、これらのニュートリノを測定することは決定的な可能性があります。」と述べています。
実際、太陽がわずか 1.3% の金属であることが判明した場合、これは、標準的な太陽モデルの不透明度が実際に間違っていることを意味します。 「これは本質的にすべての天文学に影響を与えます」と Asplund 氏は言いました。星と銀河の推定年齢は、10 ～ 15% も修正する必要があります。太陽自体 (および地球上の将来の生命) にとって残念なことに、低金属量の星は高金属量の星よりも速く燃料を燃焼するため、私たちの太陽は私たちが考えていたよりも約 10 億年早く死ぬでしょう。
この記事は TheAtlantic.com に転載され、スペイン語で Investigacionyciencia.es に転載されました .
