Ciencias

El sol puede tener más carbono y nitrógeno de lo que se pensaba

El sol puede tener más carbono y nitrógeno de lo que se pensaba

Después de dos décadas de debate, los científicos están cada vez más cerca de descubrir exactamente de qué está hecho el sol y, por lo tanto, todo el universo.

El sol está compuesto principalmente de hidrógeno y helio. También hay elementos más pesados ​​como el oxígeno y el carbono, pero cuánto es controvertido. Nuevas observaciones de partículas subatómicas fantasmales conocidas como neutrinos sugieren que el sol tiene un amplio suministro de «metales», el término que usan los astrónomos para todos los elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, informan los investigadores el 31 de mayo en arXiv.org.

Los resultados “son totalmente compatibles con [a] alta metalicidad” para el sol, dice Livia Ludhova, física del Centro de Investigación Jülich en Alemania.

Los elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio son cruciales para crear planetas de roca de hierro como la Tierra y sustentar formas de vida como los humanos. Con mucho, el más abundante de estos elementos en el universo es el oxígeno, seguido del carbono, el neón y el nitrógeno.

Pero los astrónomos no saben exactamente cuántos de estos elementos existen en relación con el hidrógeno, el elemento más común en el cosmos. Esto se debe a que los astrónomos generalmente usan el sol como punto de referencia para medir la abundancia de elementos en otras estrellas y galaxias, y dos técnicas implican composiciones químicas muy diferentes para nuestra estrella.

Una técnica explota las vibraciones dentro del sol para deducir su estructura interna y favorece un alto contenido de metal. La segunda técnica determina la composición del sol a partir de cómo los átomos en su superficie absorben ciertas longitudes de onda de luz. Hace dos décadas, un uso de esta segunda técnica sugirió que los niveles de oxígeno, carbono, neón y nitrógeno en el sol eran de 26 a 42 por ciento más bajos que una determinación anterior encontradacreando el conflicto actual.

Ahora ha surgido otra técnica que podría decidir el debate de larga data: el uso de neutrinos solares.

Estas partículas surgen de reacciones nucleares en el núcleo del sol que convierten el hidrógeno en helio. Alrededor del 1 por ciento de la energía del sol proviene de reacciones que involucran carbono, nitrógeno y oxígeno, que convierten el hidrógeno en helio pero no se agotan en el proceso. Entonces, cuanto más carbono, nitrógeno y oxígeno tenga el sol, más neutrinos debería emitir este ciclo CNO.

En 2020, los científicos anunciaron que Borexino, un detector subterráneo en Italia, había detectado estos neutrinos CNO (Número de serie: 24/06/20). Ahora, Ludhova y sus colegas han registrado suficientes neutrinos para calcular que los átomos de carbono y nitrógeno juntos son aproximadamente un 0,06 por ciento más abundantes que los átomos de hidrógeno en el sol: el primer uso de neutrinos para determinar la composición del sol.

Y aunque ese número suena pequeño, es incluso más alto que el favorecido por los astrónomos que apoyan un sol con alto contenido de metales. Y es un 70 por ciento mayor que el número que debería tener un sol bajo en metales.

«Este es un gran resultado», dice Marc Pinsonneault, astrónomo de la Universidad Estatal de Ohio en Columbus, quien durante mucho tiempo abogó por un sol con alto contenido de metales. “Han podido demostrar contundentemente que la solución actual de baja metalicidad es inconsistente con los datos”.

Aún así, debido a las incertidumbres tanto en el número de neutrinos observados como en los previstos, Borexino no puede descartar por completo un sol bajo en metales, dice Ludhova.

El nuevo trabajo es «una mejora significativa», dice Gaël Buldgen, astrofísico de la Universidad de Ginebra en Suiza, que favorece un sol con bajo contenido de metales. Pero los números predichos de neutrinos CNO provienen de modelos del sol que él critica por ser demasiado simplificados. Esos modelos ignoran el giro del sol, lo que podría inducir la mezcla de elementos químicos durante su vida y cambiar la cantidad de carbono, nitrógeno y oxígeno cerca del centro del sol, cambiando así el número previsto de neutrinos CNO, dice Buldgen.

Se necesitan observaciones adicionales de neutrinos para un veredicto final, dice Ludhova. Borexino cerró en 2021, pero los experimentos futuros podrían llenar el vacío.

Las apuestas son altas. “Estamos discutiendo sobre de qué está hecho el universo”, dice Pinsonneault, porque “el sol es el punto de referencia para todos nuestros estudios”.

Entonces, si el sol tiene mucho más carbono, nitrógeno y oxígeno de lo que se piensa actualmente, también lo tiene todo el universo. “Eso cambia nuestra comprensión sobre cómo se hacen los elementos químicos. Cambia nuestra comprensión de cómo evolucionan las estrellas y cómo viven y mueren”, dice Pinsonneault. Y, agrega, es un recordatorio de que incluso la estrella mejor estudiada, nuestro sol, todavía tiene secretos.