Протягом майже 10 років учені не могли визначити внутрішню структуру Сонця, оскільки результати, які вони отримували за допомогою двох різних методів досліджень, суперечили одне одному. Однак нові розрахунки фізиків сонячної атмосфери оновлюють дані про вміст різних хімічних речовин та вирішують цей конфлікт. 

Перший метод покладався на спектральний аналіз – розкладання світла на хвилі різної довжини. Зоряні спектри містять помітні темні лінії, що вказують на наявність певних хімічних елементів. Ще у 1920 році ці лінії пов’язали з температурою зірки та її хімічним складом. Саме так вчені припустили, що Сонце та інші подібні зорі складаються в основному з водню та гелію. Згодом цю стандартну модель відкалібрували за допомогою вимірювань сонячної атмосфери, опублікованих у 2009 році. 

Однак отримана таким чином модель суперечить тій, що базується на іншому методі дослідження – геліосейсмології. Вона точно відстежує, як Сонце ритмічно стискається і розширюється у характерному ритмі в часових проміжках від секунд до годин. Подібно до того, як сейсмічні хвилі можуть розповісти геологам про структуру Землі, геліосейсмічні надають дані про структуру Сонця. 

Згідно з геліосейсмічною моделлю, зона конвекції усередині Сонця, де речовина активно перемішується і переносить енергію від внутрішніх шарів до зовнішніх, є набагато більшою, ніж передбачала стандартна модель. Інші вимірювання, наприклад, загальна кількість гелію на Сонці, також не збігалися. 

Сонце містить більше кисню і металів – нове дослідження вирішило десятирічну дилему щодо хімічного складу зорі
Спектр Сонця, знятий за допомогою спектрографа високої роздільної здатності NARVAL. На зображенні видно темні лінії, які дозволяють астрономам визначити температуру та хімічний склад зірки. Credit: M. Bergemann / MPIA / [email protected]

Майже 10 років астрономи не могли вирішити цю дилему, аж поки дослідниці Катерина Магг, Марія Бергеманн та їхні колеги не переглянули модель, на яку спирався спектральний аналіз Сонця. Вони відстежили всі хімічні елементи, що відповідають сучасним моделям еволюції зірок. Також науковиці описали взаємодію між атомами Сонця і його радіаційним полем за допомогою кількох незалежних методів. 

Це допомогло їм виявити, що Сонце містить на 26% більше елементів, важчих за Гелій, які в астрономії називають металами. Також вони визначили, що на Сонці на 15% більше кисню, ніж вважалось раніше. 

Коли ці нові дані використовують для побудови моделей сонячної структури та еволюції, невідповідність зникає. Нові моделі є більш реалістичними – вони дають найточніше уявлення про склад Сонця. Їх також можна застосувати до інших подібних зірок, що значно розширює арсенал астрономів.