3-d-Bilder zeigen neue Zusammensetzung der Sonne

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Was würde passieren, wenn der Maßstab, den Astronomen verwendet, um das Universum zu messen zu lang war?

Dies ist, was Carlos Allende Prieto, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Astrophysik der Kanaren (IAC) und seine Kollegen David Lambert von der University of Texas at Austin und Martin Asplund des Max-Planck-Institut für Astrophysik in ihrem Papier 2001 "The verboten Fülle von Sauerstoff in the Sun," vorgeschlagen Kontroverse in der Welt der Astronomie schüren.

Das Team der Untersuchung der chemischen Fülle der Sonne vorgeschlagen, dass die Menge an Kohlenstoff und Sauerstoff in unser Star 30 bis 40 Prozent niedriger als bisher angenommen. Da die chemische Zusammensetzung der Sonne ein Bezugspunkt für die Zusammensetzung von anderen Objekten im Universum ist, waren viele Modelle, die auf die höhere Häufigkeiten von Allende Prietos Behauptung auch in Frage gestellt. Ein Dutzend Widerlegungen erschienen in wissenschaftlichen Zeitschriften.

Im Jahr 2009 bewiesen umfassendere Simulationen berechnet bei der Texas Advanced Computing Center (TACC), dass Allende Prietos Messungen genau waren. Diese Entdeckung führte zu neuen Vorstellungen über unsere kosmische Evolution sowie eine Neubewertung der Unterscheidungskraft der Sonne.

"Alles, was wir von Objekten im Universum wissen kommt aus der Analyse des Lichts," sagte Lars Koesterke, associate Allende Priets Mitarbeiter und eine Forschung bei TACC. "Wir analysieren das Licht der Sterne, um herauszufinden, was sie gemacht sind, was ihre Temperatur ist und wieviel Energie sie emittieren."

Bestimmte Eigenschaften wie Farbe oder Intensität, ein Objekt geben uns Hinweise über die Quelle des Lichts. Astronomen entwickelten eine Methode namens "Spektralanalyse", wo sie brechen und Licht um den Betrag einer bestimmten chemischen Spezies in einen Stern oder Planeten ermitteln zu analysieren.

Durch brechen Licht nach unten zu optischen Bändern bedeutet verschiedene chemische Elemente und vergleicht dieses Spektrum mit Modellen der Sonne können Astronomen die solar Fülle genau bestimmen.

Oder so glaubten.

Jahrzehntelang hatte Wissenschaftler eindimensionale Modelle der Oberfläche der Sonne verwendet, diese Analysen durchzuführen.

"In einem eindimensionalen Modell eines Sterns, wir annehmen, dass alles statisch, eingefroren ist," sagte Allende Prieto. "In Wirklichkeit, alles ist in Bewegung und Sie haben das Kochen an der Oberfläche. Das ändert sich die Dynamik, die Energiebilanz und die Darstellung des Spektrums."

Verwenden ein neues dreidimensionales Modell der Sonnenoberfläche und aktualisierte atomare Daten, erhielt Allende Prieto ein Spektrum, das deutlich geringere Mengen an Kohlenstoff und Sauerstoff als die von früheren Studien bestimmt angegeben.

Dieser riesige chemische Fülle ändert vorherrschenden Theorien über die Struktur und Entwicklung der Sterne. Zum Beispiel ist chemische Zusammensetzung der Sonne eine primäre Beweisstück in erzählt die Geschichte von unserem Galaxienentwicklung verwendet: der Kreislauf von Geburt und Zerstörung, die zur Entstehung der Erde und ihrer schwere Elemente geführt.

"Wenn Sie glauben, dass es jetzt weniger Kohlenstoff und Sauerstoff, dann unsere Sicht auf die chemische Entwicklung der Galaxis muss geändert werden," sagte Koesterke.

Zur Zeit behauptet Kritiker, dass Allende Prietos Schlussfolgerung sich auf einen kleinen Bruchteil des Spektrums stützte und unbewiesene Modelle und Codes verwendet. Allende Prieto hätte gern mehr Beweise vorlegen, aber die Simulationen erforderlich alle Rechenleistung zur Verfügung, um nur ein paar Zeilen des Spektrums zu produzieren.

Eine vollständige Spektrumanalyse mit 3D-Modellen, erforderlichen Computern eine Million mal stärker als das, was verfügbar war. Welches ist zu sagen: unmöglich.

Es war zu diesem Zeitpunkt, im Jahr 2004, die McDonald-Observatoriums, Lars Koesterke angeheuert, mit Allende Prietos Problems zu unterstützen. Arbeiten über einen Zeitraum von vier Jahren, erstellt Koesterke eine Tool, die das Licht aus der Sonnenatmosphäre wesentlich effizienter in 3D simuliert. Gleichzeitig wuchs Computer erheblich leistungsfähiger.

"Plötzlich, wir sind in der Lage, das gesamte Spektrum, etwas zu berechnen, die völlig unmöglich, vor fünf Jahren schien", sagte Koesterke

Im Jahr 2008, als Folge dieser Beschleunigung bewiesen Koesterke und Allende Prieto endgültig, dass die erste Bewertung der chemischen Häufigkeiten kein Zufall war. Das Paar veröffentlichte ein Papier beschreibt ihre Arbeit, und die neue Häufigkeiten sind zunehmend akzeptiert und integriert in die solar-Modelle. Darüber hinaus hat Arbeit parallel von der deutschen Gruppe unter der Leitung von Martin Asplund auch eigenständig ihre Ergebnisse bestätigt.

"Ein guter Teil der Astrophysik stützt sich auf die chemische Zusammensetzung der Sterne die richtige," sagte Allende Prieto. "Wenn die großen Revisionen zu Kohlenstoff und Sauerstoff Häufigkeiten, die wir mit der Sonne gesehen habe mit anderen Sternen auf uns warten, dann werden spannende Überraschungen."

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.