Experimentando a 4,1 millones de grados Fahrenheit, Los físicos de la máquina Z de Sandia National Laboratories han descubierto que un modelo astronómico, utilizado durante 40 años para predecir el comportamiento del sol, así como la vida y muerte de las estrellas, subestima el bloqueo de energía causado por los átomos de hierro que flotan libremente, un actor importante en esos procesos.

El efecto de bloqueo, llamado opacidad, es la resistencia natural de un elemento a la energía que lo atraviesa, similar a la resistencia de una ventana opaca al paso de la luz.

"Al observar las discrepancias del mundo real entre la teoría y nuestros experimentos en Z, pudimos identificar debilidades en las figuras de opacidad insertadas en modelos solares, "dijo Taisuke Nagayama, autor principal de la última publicación de los grupos Sandia en Cartas de revisión física .

La buena noticia es que las mediciones experimentales de opacidad de Sandia pueden ayudar a resolver sin derramamiento de sangre una gran discrepancia en la forma en que el modelo solar estándar, ampliamente utilizado, utiliza la composición del sol para predecir el comportamiento de las estrellas.

Hasta 2005, La multiplicación del SSM de la cantidad de cada elemento presente por su opacidad explica la estructura de temperatura observada del sol. Pero las nuevas observaciones astrofísicas y la física más sofisticada llevaron a los astrónomos a revisar sus estimaciones de la composición del sol. Desafortunadamente, estas nuevas estimaciones, insertados en el modelo y multiplicados por sus opacidades, no tuvo en cuenta la temperatura del sol. Había tres posibilidades:o las nuevas observaciones de composición eran inexactas, o el venerado SSM estaba equivocado, o las opacidades teóricamente derivadas de los elementos eran incorrectas.

Los experimentos a la temperatura del sol proporcionan respuestas

Claramente, la mejor resolución provendría de experimentos realizados a las mismas temperaturas que las encontradas en el interior del sol.

Hace más de una década, Los investigadores de Sandia comenzaron a tomar trozos de hierro, cada uno más pequeño que una moneda de diez centavos, e insertándolos en el área objetivo de Z. Cuando Z disparó, el calor extremo transformó el sólido en plasma (un gas) tal como existe en el sol, pero solo por nanosegundos. Eso fue suficiente sin embargo, para que los investigadores envíen una onda de energía a través de cada muestra y midan cuánto pasó. La idea era crear por primera vez, medidas de laboratorio de la opacidad del hierro a la temperatura del sol para saber si concuerda con las cifras teóricas utilizadas en los cálculos del modelo solar estándar.

El aumento de la opacidad del hierro en la medida demostrada por Z en múltiples experimentos independientes eliminó aproximadamente la mitad de la discrepancia entre la temperatura solar calculada y la real, Dijo Nagayama.

"Los astrónomos están contentos con nosotros porque decimos que son las cifras de opacidad las que pueden estar equivocadas, ", dijo el autor del artículo e investigador de Sandia, Jim Bailey. Entonces no tienen que inventar un nuevo modelo y rehacer todos sus cálculos utilizando el sol como punto de referencia para predecir la evolución de las estrellas".

Eso es porque los astrónomos usan la composición del sol como referencia para el universo.

"Disminuir la cantidad de oxígeno en el sol en un 50% equivale a reducir a la mitad la cantidad de agua (H2O) en el universo, "dijo Bailey." Hay muchos exoplanetas orbitando alrededor de estrellas similares al sol; revisar la comprensión de nuestro sol también tendría un impacto significativo en la comprensión de esos exoplanetas.

"A los astrónomos les gustó más la suposición de opacidad, y eso es lo que estamos encontrando hasta ahora ".

Una sorpresa metálica

En la misma prueba, Sandia también midió las opacidades del cromo y el níquel en las mismas condiciones que se utilizan en el hierro. La idea era utilizar esos elementos, respectivamente más pequeños y más grandes que el hierro, pero adyacente al hierro en la tabla periódica, como si el hierro se estuviera probando cada vez más cerca del núcleo del sol. Asombrosamente, esos elementos produjeron resultados experimentales de opacidad básicamente de acuerdo con las predicciones del modelo a algunas energías de fotones. Todavía, diferían de las predicciones de opacidad en longitudes de onda particulares, lo que constituye una base adicional para la revisión del modelo.

"Nuestro trabajo durante los últimos cinco años se ha centrado en resolver las discrepancias, ", dijo Nagayama." Y, sin embargo, los nuevos resultados significan que puede ser necesaria nueva ciencia para dar cuenta de ellos ".

Para explicar los nuevos resultados experimentales, los físicos están examinando nuevos modelos. Uno, llamado opacidad de dos fotones, explora la idea de que un elemento puede absorber dos fotones a la vez en lugar del estándar de un pensamiento.

"Si esta absorción de fotones múltiples se considera en el modelo, mejoraría la opacidad calculada del hierro y podría resolver la discrepancia, " él dijo.

Si es correcto, el nuevo modelo de física debe calcular el aumento de opacidad solo para el hierro, ya que el modelo y los datos ya coinciden para el cromo y el níquel.

Otras limitaciones experimentales incluyen el hecho de que se sabe poco sobre la estructura del sol dentro de distancias particulares desde el centro del sol.

"¿Es peor la discrepancia si te sumerges aún más bajo el sol?" Preguntó Nagayama. "No lo sabemos. Todo depende de qué está causando la discrepancia. Podemos encontrar que la discrepancia es aún peor en el núcleo solar, o el problema puede estar aislado en la región alrededor de 0,7 radios solares, la distancia que coincide con las energías a las que se realizaron estos experimentos ".

Responder a esas preguntas debería conducir a un modelo más preciso, él dijo.

"Los experimentos de plasma denso caliente son lo suficientemente desafiantes como para no descartar la posibilidad de error, ", Dijo Nagayama." Y el impacto de la ciencia es enorme, esto nos obliga a continuar examinando la validez del experimento ".