對(duì)太陽(yáng)光譜的新計(jì)算解決十年來(lái)的爭(zhēng)議性問(wèn)題
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：盡管我們的太陽(yáng)比宇宙中的任何其他恒星都要近得多，但它仍有其神秘之處。陽(yáng)光議性畢竟，新計(jì)杭州外圍（杭州外圍女）電話(huà)微信199-7144=9724提供一二線(xiàn)城市外圍預(yù)約、空姐、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源它離地球還有9300萬(wàn)英里（1.5億公里），算解而我們只有一個(gè)狹窄的決年視角。此外，問(wèn)題再加上它的對(duì)太的爭(zhēng)表面熱得發(fā)燙--它的大氣層更熱，并且它不斷地以每小時(shí)約100萬(wàn)英里的陽(yáng)光議性速度噴射出粒子。這就難怪我們?nèi)祟?lèi)仍會(huì)有新的新計(jì)發(fā)現(xiàn)。
事實(shí)上，算解天文學(xué)家剛剛解決了長(zhǎng)達(dá)十年的決年太陽(yáng)豐度危機(jī)：從太陽(yáng)振蕩（日光學(xué)）中確定的太陽(yáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)跟從恒星演化基本理論中得出的結(jié)構(gòu)之間的沖突，而后者又依賴(lài)于對(duì)當(dāng)今太陽(yáng)化學(xué)成分的問(wèn)題測(cè)量。對(duì)太陽(yáng)大氣物理學(xué)的對(duì)太的爭(zhēng)新計(jì)算產(chǎn)生了不同化學(xué)元素豐度的最新結(jié)果，從而解決了這一沖突。陽(yáng)光議性杭州外圍（杭州外圍女）電話(huà)微信199-7144=9724提供一二線(xiàn)城市外圍預(yù)約、空姐、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源值得注意的新計(jì)是，太陽(yáng)比以前認(rèn)為的含有更多的氧、硅和氖。所采用的方法也保證了對(duì)一般恒星的化學(xué)成分有更準(zhǔn)確的估計(jì)。
當(dāng)一種確定太陽(yáng)化學(xué)成分的久經(jīng)考驗(yàn)的方法似乎跟一種繪制太陽(yáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新、精確的技術(shù)相抵觸時(shí)你該怎么辦呢？這就是研究太陽(yáng)的天文學(xué)家所面臨的情況。現(xiàn)在，由Ekaterina Magg、Maria Bergemann及其同事發(fā)表的新計(jì)算結(jié)果解決了這一明顯的矛盾。
這方面久經(jīng)考驗(yàn)的方法是光譜分析。為了確定太陽(yáng)或其他任何恒星的化學(xué)成分，天文學(xué)家通常會(huì)求助于光譜：將光分解成不同波長(zhǎng)的彩虹狀。恒星光譜包含明顯的、尖銳的暗線(xiàn)，這是由William Wollaston在1802年首次注意到、由Joseph von Fraunhofer在1814年重新發(fā)現(xiàn)并由Gustav Kirchhoff和Robert Bunsen在1860年代確定為表明特定化學(xué)元素存在的信號(hào)。
印度天體物理學(xué)家Meghnad Saha在1920年的開(kāi)創(chuàng)性工作將這些“吸收線(xiàn)”的強(qiáng)度跟恒星的溫度和化學(xué)成分聯(lián)系起來(lái)，這為我們的恒星物理模型奠定了基礎(chǔ)。Cecilia Payne-Gaposchkin就通過(guò)這一基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)到像我們太陽(yáng)這樣的恒星主要由氫和氦組成且只有微量的較重的化學(xué)元素。
從那時(shí)起，將光譜特征跟恒星等離子體的化學(xué)成分和物理學(xué)聯(lián)系在一起的基本計(jì)算為天體物理學(xué)帶來(lái)了至關(guān)重要的意義。它們是我們對(duì)宇宙的化學(xué)演變及恒星和系外行星的物理結(jié)構(gòu)和演變的理解取得長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)的進(jìn)展的基礎(chǔ)。這就是當(dāng)新觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)變得可用并提供了對(duì)我們太陽(yáng)內(nèi)部運(yùn)作的洞察力時(shí)不同的拼圖碎片并不匹配的原因，而這讓人感到震驚。
太陽(yáng)演化的現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)模型則是用2009年發(fā)表的一組著名的太陽(yáng)大氣化學(xué)成分的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)的。但在一些重要的細(xì)節(jié)上，基于該標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重建跟另一組測(cè)量結(jié)果相矛盾：太陽(yáng)地震數(shù)據(jù)，即非常精確地追蹤整個(gè)太陽(yáng)的微小振蕩的測(cè)量結(jié)果--太陽(yáng)以特有的模式有節(jié)奏地膨脹和收縮的方式，時(shí)間尺度在幾秒鐘和幾小時(shí)之間。
就像地震波為地質(zhì)學(xué)家提供了關(guān)于地球內(nèi)部的重要信息或像鐘聲編碼了關(guān)于其形狀和材料屬性的信息一樣，日光地震學(xué)提供了關(guān)于太陽(yáng)內(nèi)部的信息。
高度精確的日震測(cè)量給出了關(guān)于太陽(yáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的結(jié)果，而這跟太陽(yáng)標(biāo)準(zhǔn)模型相悖。根據(jù)日光地震學(xué)，我們太陽(yáng)內(nèi)部所謂的對(duì)流區(qū)域即物質(zhì)上升并再次下沉就像沸騰的鍋里的水一樣，比標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的要大得多。靠近該區(qū)域底部的聲波速度也偏離了標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)，太陽(yáng)中氦氣的總量也是如此。最重要的是，對(duì)太陽(yáng)中微子的某些測(cè)量結(jié)果--這些轉(zhuǎn)瞬即逝的基本粒子，很難被探測(cè)到，直接從太陽(yáng)的核心區(qū)域到達(dá)我們這里--跟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比也存在輕微偏差。
天文學(xué)家們很快就有了他們“太陽(yáng)豐度危機(jī)”，為了尋找出路，一些建議從不尋常到徹頭徹尾的奇異。太陽(yáng)是否在其行星形成階段增加了一些貧金屬的氣體？能量是由不相互作用的暗物質(zhì)粒子運(yùn)輸?shù)膯幔?br>Ekaterina Magg、Maria Bergemann及其同事最新發(fā)表的研究通過(guò)重新審視太陽(yáng)化學(xué)成分的光譜估計(jì)所依據(jù)的模型成功地解決了這一危機(jī)。早期對(duì)恒星光譜如何產(chǎn)生的研究依賴(lài)于一種被稱(chēng)為局部熱平衡的東西。他們假設(shè)，在一個(gè)恒星大氣層的每個(gè)區(qū)域，能量有時(shí)間擴(kuò)散并達(dá)到一種平衡。這將使我們有可能給每個(gè)這樣的區(qū)域分配一個(gè)溫度，這給計(jì)算共偶作帶來(lái)了相當(dāng)大的簡(jiǎn)化。
但早在20世紀(jì)50年代，天文學(xué)家就已經(jīng)意識(shí)到這種情況過(guò)于簡(jiǎn)化了。從那時(shí)起，越來(lái)越多的研究納入了非LTE計(jì)算并放棄了局部平衡的假設(shè)。非LTE計(jì)算包括對(duì)能量如何在系統(tǒng)內(nèi)交換的詳細(xì)描述--原子被光子激發(fā)，或發(fā)生碰撞，光子被發(fā)射、吸收或散射。在恒星大氣層中，由于密度太低，無(wú)法讓系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，這種對(duì)細(xì)節(jié)的關(guān)注會(huì)得到回報(bào)。在那里，非LTE計(jì)算產(chǎn)生的結(jié)果跟它們的局部平衡計(jì)算存在著明顯的不同。
馬克斯-普朗克天文學(xué)研究所的Maria Bergemann小組則是將非線(xiàn)性計(jì)算應(yīng)用于恒星大氣的世界領(lǐng)導(dǎo)者之一。作為她在該小組的博士工作的一部分，Ekaterina Magg開(kāi)始更詳細(xì)地計(jì)算太陽(yáng)光球中輻射物質(zhì)的相互作用。光球?qū)邮翘?yáng)大部分光線(xiàn)的發(fā)源地，也是吸收線(xiàn)印在太陽(yáng)光譜上的外層。
在這項(xiàng)研究中，他們追蹤了跟目前恒星如何隨時(shí)間演變的模型相關(guān)的所有化學(xué)元素，另外還應(yīng)用了多種獨(dú)立的方法來(lái)描述太陽(yáng)原子和輻射場(chǎng)之間的相互作用以確保其結(jié)果是一致的。為了描述太陽(yáng)的對(duì)流區(qū)域，他們使用了現(xiàn)有的模擬，這些模擬同時(shí)考慮到了等離子體的運(yùn)動(dòng)和輻射的物理學(xué)。為了與光譜測(cè)量進(jìn)行比較，他們選擇了具有最高質(zhì)量的數(shù)據(jù)集：哥廷根大學(xué)天體和地球物理研究所發(fā)布的太陽(yáng)光譜。Magg表示：“我們還廣泛地關(guān)注了對(duì)可能限制結(jié)果準(zhǔn)確性的統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)效應(yīng)的分析。”
新計(jì)算結(jié)果表明，這些關(guān)鍵化學(xué)元素的豐度和相應(yīng)光譜線(xiàn)的強(qiáng)度之間的關(guān)系跟以往研究人員所稱(chēng)的存在很大不同。因此，從觀(guān)察到的太陽(yáng)光譜中得出的化學(xué)豐度跟以前的分析中所說(shuō)的有些不同。
“我們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)我們的分析，太陽(yáng)包含的比氦氣更重的元素比以前的研究推斷多26%，”Magg解釋道。在天文學(xué)中，這種比氦氣重的元素被稱(chēng)為“金屬”。在太陽(yáng)的所有原子核中，只有千分之一的數(shù)量是金屬；正是這個(gè)非常小的數(shù)字，現(xiàn)在已經(jīng)改變了26%的先前值。Magg補(bǔ)充道：“氧豐度的數(shù)值比以前的研究高出了近15%。”然而，新數(shù)值跟原始隕石的化學(xué)成分很一致，這些隕石被認(rèn)為代表了非常早期太陽(yáng)系的化學(xué)構(gòu)成。
當(dāng)這些新數(shù)值被用作當(dāng)前太陽(yáng)結(jié)構(gòu)和演化模型的輸入時(shí)，這些模型的結(jié)果和日光地震測(cè)量之間令人困惑的差異就消失了。Magg、Bergemann和他們的同事對(duì)光譜線(xiàn)如何產(chǎn)生的深入分析并依靠對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)相當(dāng)完整的模型的依賴(lài)設(shè)法解決太陽(yáng)豐度危機(jī)。
Maria Bergemann說(shuō)道：“基于我們新的化學(xué)成分的新太陽(yáng)模型比以往任何時(shí)候都更現(xiàn)實(shí)：它們產(chǎn)生的太陽(yáng)模型跟我們擁有的關(guān)于太陽(yáng)現(xiàn)今結(jié)構(gòu)的所有信息--聲波、中微子、光度和太陽(yáng)半徑--相一致，但不需要太陽(yáng)內(nèi)部的非標(biāo)準(zhǔn)的、奇異的物理學(xué)。”
作為一個(gè)額外的好處，新模型很容易應(yīng)用于太陽(yáng)以外的恒星。在像SDSS-V和4MOST這樣的大規(guī)模調(diào)查正在為越來(lái)越多的恒星提供高質(zhì)量的光譜的時(shí)候，這種進(jìn)展確實(shí)非常有價(jià)值--使未來(lái)的恒星化學(xué)分析以及它們對(duì)我們宇宙化學(xué)演化的重建的更廣泛影響比以往任何時(shí)候都要來(lái)得更堅(jiān)實(shí)地立足。