Experimentando a 4,1 milhões de graus Fahrenheit, físicos da máquina Z do Sandia National Laboratories descobriram que um modelo astronômico - usado por 40 anos para prever o comportamento do Sol, bem como a vida e a morte das estrelas - subestima o bloqueio de energia causado por átomos de ferro flutuando livremente, um ator importante nesses processos.

O efeito de bloqueio, chamado opacidade, é a resistência natural de um elemento à energia que passa por ele, semelhante à resistência de uma janela opaca à passagem da luz.

"Ao observar as discrepâncias do mundo real entre a teoria e nossos experimentos em Z, fomos capazes de identificar pontos fracos nas figuras de opacidade inseridas em modelos solares, "disse Taisuke Nagayama, autor principal da última publicação do grupo Sandia em Cartas de revisão física .

A boa notícia é que as medições experimentais de opacidade de Sandia podem ajudar a resolver sem derramamento de sangue uma grande discrepância em como o Modelo Solar Padrão amplamente usado usa a composição do sol para prever o comportamento das estrelas.

Até 2005, a multiplicação do SSM da quantidade de cada elemento presente por sua opacidade foi responsável pela estrutura de temperatura observada do sol. Mas novas observações astrofísicas e física mais sofisticada levaram os astrônomos a revisar suas estimativas da composição do sol. Infelizmente, essas novas estimativas, inseridos no modelo e multiplicados por suas opacidades, não levou em conta a temperatura do sol. Havia três possibilidades:ou as novas observações de composição eram imprecisas, ou o venerado SSM estava errado, ou as opacidades teoricamente derivadas dos elementos estavam incorretas.

Experimentos com a temperatura do sol fornecem respostas

A melhor resolução viria claramente de experimentos realizados nas mesmas temperaturas que as encontradas no interior do sol.

Mais de uma década atrás, Pesquisadores de Sandia começaram a pegar pedaços de ferro, cada um menor que uma moeda, e inseri-los na área alvo de Z. Quando Z disparou, o calor extremo transformou o sólido em plasma (um gás) como existe no sol, mas apenas por nanossegundos. Isso foi o suficiente, Contudo, para os pesquisadores enviarem uma onda de energia através de cada amostra e medir o quanto passou. A ideia era criar, pela primeira vez, medidas derivadas de laboratório da opacidade do ferro na temperatura do sol para saber se ele está de acordo com os valores teóricos usados ​​nos cálculos do Modelo Solar Padrão.

O aumento da opacidade do ferro na extensão demonstrada por Z em vários experimentos independentes removeu cerca de metade da discrepância entre a temperatura solar calculada e real, Nagayama disse.

"Os astrônomos estão felizes conosco porque estamos dizendo que são os valores de opacidade que podem estar errados, "disse o autor do artigo e pesquisador da Sandia Jim Bailey." Então eles não precisam criar um novo modelo e refazer todos os seus cálculos usando o sol como referência para prever a evolução das estrelas. "

Isso porque os astrônomos usam a composição do Sol como referência para o universo.

"Diminuir a quantidade de oxigênio no sol em 50% é equivalente a reduzir pela metade a quantidade de água (H2O) no universo, "disse Bailey." Existem muitos exoplanetas orbitando em torno de estrelas semelhantes ao Sol; revisar a compreensão do nosso sol também teria um impacto significativo na compreensão desses exoplanetas.

"Os astrônomos gostaram mais da suposição de opacidade, e é isso que estamos descobrindo até agora. "

Uma surpresa metálica

No mesmo teste, Sandia também mediu as opacidades do cromo e do níquel nas mesmas condições usadas no ferro. A ideia era usar esses elementos - respectivamente menores e maiores do que o ferro, mas adjacente ao ferro na tabela periódica - como se o ferro estivesse sendo testado cada vez mais longe do centro do sol. Surpreendentemente, esses elementos produziram resultados de opacidade experimentais basicamente de acordo com as previsões do modelo para algumas energias de fótons. Ainda, eles diferiam das previsões de opacidade em comprimentos de onda específicos - grãos adicionais para revisão do modelo.

"Nosso trabalho nos últimos cinco anos tem se concentrado em resolver as discrepâncias, "disse Nagayama." E, no entanto, os novos resultados significam que uma nova ciência pode ser necessária para explicá-los. "

Para explicar novos resultados experimentais, os físicos estão examinando novos modelos. 1, chamada opacidade de dois fótons, explora a ideia de que um elemento pode absorver dois fótons por vez, em vez de um padrão de pensamento.

“Se esta absorção de múltiplos fótons for considerada no modelo, aumentaria a opacidade calculada do ferro e pode resolver a discrepância, " ele disse.

Se correto, o novo modelo físico deve calcular o aumento da opacidade apenas para o ferro, uma vez que o modelo e os dados já concordam para cromo e níquel.

Outras limitações experimentais incluem o fato de que pouco se sabe sobre a estrutura do sol dentro de distâncias específicas do centro do sol.

"A discrepância é pior se você for ainda mais fundo no sol?" Nagayama perguntou. "Não sabemos. Tudo depende do que está causando a discrepância. Podemos descobrir que a discrepância é ainda pior no núcleo solar, ou o problema pode estar isolado na região em torno de 0,7 raios solares, a distância que corresponde às energias nas quais esses experimentos foram realizados. "

Responder a essas perguntas deve levar a um modelo mais preciso, ele disse.

"Experimentos com plasma denso quente são desafiadores o suficiente para que não possamos descartar a possibilidade de erro, "Disse Nagayama." E o impacto da ciência é enorme - isso nos obriga a continuar examinando a validade do experimento. "