Tre cucchiai di neon nel Sole

Il Sole è ovviamente la stella più vicina a noi. La sua luce impiega circa 8 minuti per arrivare qui sulla Terra. Ciò vuol dire che se il Sole scomparisse ora noi ce ne accorgeremmo solo tra 8 minuti. In termini di chilometri questo si traduce in una distanza Terra-Sole pari a 150 milioni di chilometri.

Vi sto dicendo tutto questo per mettervi a vostro agio. Infatti la domanda che ci faremo in questo post è:

Quanto neon c’è nel Sole?

Voi potreste dire: macchissene!
Potreste, vero, ma sono certo che non lo farete, poiché la parola neon era già nel titolo e quindi se siete arrivati fin qui a leggere vuol dire che, sotto sotto, siete curiosi anche voi di rispondere a quella domanda e magari anche di capire perché gli astrofisici se la pongono.

Già, ma perché porsi una domanda del genere?
Perché rispondere vorrebbe dire capire meglio il Sole e siccome il Sole, alla fin fine, è una stella, questo significherebbe capire meglio come funzionano le stelle in generale.

Va bene, ma perché proprio il neon allora?
Perché il neon è importante nell’interno del Sole per i processi di trasporto di energia. Infatti, nel caso del Sole, abbiamo che nel nucleo, a circa 15 milioni di gradi, avviene la reazione di fusione nucleare che brucia 4 atomi di idrogeno per dare vita ad un atomo di elio più fotoni, ovvero onde elettromagnetiche, ovvero quelle che ad un certo punto arrivano da noi sulla Terra e ci permettono di vivere. Ma non c’è solo idrogeno ed elio. Ci sono anche altri elementi come carbonio, azoto, ossigeno e appunto il neon.

Domanda intelligente (a questo punto): come facciamo a capire quanto idrogeno o altro c’è nel Sole se non possiamo osservare cosa accade al suo interno? Ottima domanda!
Quello che possiamo osservare è la superficie del Sole e tramite lo studio dello spettro del Sole (che adesso spieghiamo brevemente) possiamo determinarne l’abbondanza degli elementi chimici in maniera più o meno diretta (a seconda dell’elemento).

Misurare lo spettro del Sole vuol dire osservare quanta luce viene emessa ad una certa lunghezza d’onda. Ogni atomo ha un suo spettro caratteristico e unico che è misurabile in laboratorio. Quando si osserva lo spettro del Sole è possibile cogliere queste caratteristiche di ogni elemento e quindi capire che tipi di e quanti atomi ci sono nel Sole.

Dunque cosa accade? Accade che se proviamo a fare un modello di come funziona il Sole al suo interno, per capire se abbiamo fatto un buon modello dobbiamo confrontare quello che prevede il modello con ciò che possiamo osservare. E siccome possiamo osservare l’abbondanza degli atomi sulla superficie solare è proprio quello che si va a confrontare.

Il Sole, con una rappresentazione del suo interno e, in basso a destra uno spettro a raggi-X dove è possibile vedere le caratteristiche righe del neon.
Ora, l’interno del Sole è una cosa come nella figura qui sopra. C’è un nucleo centrale dove avvengono le reazioni nucleari che producono i fotoni, la luce insomma. Allora questi fotoni iniziano a vagare verso la superficie in un viaggio che può durare anche parecchio. Ad un certo punto però le condizioni cambiano e si arriva in una zona detta convettiva (nel disegno è raffigurata dalle frecce che si chiudono su se stesse nei pressi della superficie). In pratica in questa zona l’energia viene trasportata tramite convenzione, che poi non è altro che lo stesso processo che coinvolge l’acqua della pentola in cui siamo pronti per buttare la pasta (tutta questa fisica stellare mi ha fatto venire fame!).
Adesso, c’è un problema. Nei nostri modelli non sappiamo teoricamente quando è spessa la zona convettiva. Dobbiamo dedurlo dalle osservazioni. E ci sono due modi per farlo: uno è, chiaramente visto che stiamo rompendo parecchio con questo post, misurare l’abbondanza degli elementi tra cui quella del neon; purtroppo però in questo modo abbiamo solo una stima indiretta perché il neon non offre alcun segno caratteristico della sua presenza quando si osserva a lunghezze d’onda come quelle a cui il nostro occhio è sensibile. L’altro metodo è tramite l’eliosismologia, ovvero il ramo dell’astrofisica che si occupa di studiare le oscillazioni che avvengono nella superficie del Sole.
Perfetto dunque abbiamo addirittura due metodi per misurare lo spessore della zona convettiva! Qual è il problema? Il fatto è che le due stime non vanno d’accordo mannaggia!
Potenzialmente tutto si potrebbe risolvere se l’abbondanza di neon fosse il triplo di quella stimata dallo spettro del Sole. Ahia, la vedo dura!
Sapete quale sarebbe una buona idea? Osservare nei raggi-X, dove il neon presenta delle caratteristiche ben distinguibili (vedi figura sopra!). Infatti un plasma che ha una temperatura dell’ordine dei milioni di gradi emette raggi-X. E la corona solare, la parte alta dell’atmosfera solare emette in raggi-X perché ha temperature dell’ordine dei milioni di gradi. Bene, allora osserviamo l’emissione di raggi-X del Sole e misuriamo queste benedette righe spettrali del neon, no?
Ehm, no. Infatti non è così facile. Il Sole è abbastanza vicino a noi e la sua emissione di raggi-X è dovuta a parti di plasma con condizioni differenti da regione a regione del Sole. Quindi l’interpretazione dei risultati potrebbe essere complicata.
Ma per fortuna qualcuno ha avuto un’idea geniale: misuriamo l’emissione di raggi-X di altre stelle, così non abbiamo problemi di osservare una determinata regione ma becchiamo tutta la stella.
Bene, è stato fatto. E sapete qual è il risultato? Che l’abbondanza di neon in quelle stelle osservate sembra essere il triplo di quella misurata in maniera indiretta (cioè senza osservare i raggi-X) nel Sole.
Quindi, come da titolo, non uno bensì tre cucchiai di neon!
Fantastico! Allora gli astrofisici possono tirare un sospiro di sollievo: il loro modello di come funziona il Sole è abbastanza giusto!
Aspettate ad esultare però. Bisogna dire che tale soluzione proposta è solo una delle possibili soluzioni. Il dibattito scientifico tra chi studia il Sole è tuttora in corso e altre idee sono state proposte oltre alla presenza di altri studi riguardo la possibilità che effettivamente le osservazioni di raggi-X delle altre stelle possano confermare che il disaccordo tra eliosismologia e abbondanze solari sia risolto.
Per chi ne avesse voglia, c’è questo recentissimo articolo scientifico: http://arxiv.org/pdf/1403.3097v1.pdf  (la parte che riguarda specificamente la discussione che abbiamo trattato in questo post è a pagina 12). Come scritto nella parte finale di tale articolo scientifico, tocca alla nuova generazione di scienziati dare la risposta definitiva al problema.
Vedete? L’astrofisica (e la scienza in generale) procede pian piano, piccoli passi verso una direzione ignota. Man mano, durante il cammino vengono in mente idee, progetti e quant’altro che permettono di fare un piccolo passo in avanti. Tuttavia questo non vuol dire che nel frattempo si facciano anche delle lunghe pause e/o degli errori. Ma il processo è inarrestabile. Siamo piccole menti che, unite, possono avere grandi idee. L’importante è porsi le domande giuste.

 

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: