Os cientistas desenvolveram um método inovador para medir a opacidade da radiação solar sob condições extremas usando heliossismologia. A abordagem inovadora, publicada na Nature Communications, não só destaca lacunas na nossa compreensão da física atómica, mas também confirma descobertas experimentais recentes. Esses avanços trazem novas e excitantes possibilidades para a astrofísica e a física nuclear.
Sondando o interior do Sol usando ondas sonoras
A heliossismologia é o estudo das oscilações sônicas do Sol, que permite aos cientistas explorar a estrutura interior das estrelas com grande precisão. Ao analisar estas ondas sonoras, os investigadores podem determinar as principais propriedades do plasma solar, incluindo a sua densidade, temperatura e composição química. Estas informações são fundamentais para compreender como o Sol funciona e evolui ao longo do tempo. Esta abordagem transforma essencialmente o Sol num laboratório astrofísico natural, fornecendo dados importantes para refinar modelos estelares e aprofundar a nossa compreensão da formação e evolução estelar em todo o Universo.
Nova compreensão da opacidade da radiação solar
Num estudo internacional recente liderado por Gaël Buldgen, da Universidade de Liège, os cientistas aplicaram técnicas heliossísmicas para medir de forma independente como o plasma profundo do Sol absorve radiação de alta energia. Esta pesquisa inovadora fornece novos insights sobre a opacidade da radiação solar, um fator chave para a compreensão de como a matéria e a radiação interagem nas condições extremas do núcleo solar.
As descobertas são consistentes com observações de instituições renomadas como Sandia National Laboratories e pesquisas em andamento no Livermore National Laboratory, ao mesmo tempo que destacam lacunas em nossa compreensão da física atômica. Notavelmente, o estudo revelou diferenças nas previsões teóricas feitas por equipes do Laboratório Nacional de Los Alamos, da Universidade Estadual de Ohio, e do Centro de Pesquisa CEA Saclay em Paris, França, ressaltando a necessidade de mais pesquisas.
Precisão de modelagem estelar sem precedentes
A equipe de pesquisa aproveitou a experiência da ULiège em heliossismologia e modelagem estelar e utilizou ferramentas numéricas avançadas desenvolvidas na escola. Gaël Buldgen explica: “Ao detectar as ondas sonoras solares com uma precisão incomparável, podemos reconstruir as propriedades internas das estrelas, tal como inferimos as propriedades de um instrumento musical a partir do som que emite”.
A precisão das medições heliossísmicas é extraordinária: permitem-nos estimar a massa de um centímetro cúbico de material no interior do Sol com uma precisão que excede a de uma balança de cozinha de alta precisão, sem nunca ver ou tocar no material. A ciência da atividade solar foi desenvolvida no final do século XX e desempenhou um papel importante no avanço da física fundamental. Em particular, contribuiu para grandes descobertas, como as oscilações de neutrinos, que foram reconhecidas pelo Prémio Nobel de 2015. Estes desenvolvimentos sugerem que a origem deste fenómeno não pode ser atribuída aos modelos solares. No entanto, com a revisão da composição química do Sol em 2009 (confirmada em 2021), ainda serão necessários ajustes. Esta revisão criou uma crise para os modelos solares, que já não eram consistentes com as observações heliossísmicas.
Para enfrentar este desafio, a Universidade de Liège desenvolveu ferramentas avançadas, inicialmente como parte do trabalho de doutoramento e posteriormente enriquecidas através de colaborações internacionais em Birmingham e Genebra. Estas ferramentas permitem reexaminar as condições termodinâmicas internas do Sol e revisitar questões que antes eram ignoradas pela comunidade científica. Enquanto isso, o trabalho realizado em 2015 por James Bailey, do Sandia National Laboratories, destacou o papel crítico da opacidade da radiação. As medições experimentais iniciais mostraram diferenças significativas em relação às previsões teóricas e foram recebidas com algum ceticismo.
Orientar experimentos e pesquisas futuras
As medições heliossísmicas atuais fornecem uma confirmação valiosa e permitem especificar em quais regiões de temperatura, densidade e energia esses experimentos devem se concentrar, a fim de reproduzir melhor as condições solares. Além disso, embora os experimentos com máquinas Z sejam extremamente valiosos, seus custos energéticos e financeiros são proibitivos. Por outro lado, as medições heliseísmicas oferecem uma opção suplementar económica, ao mesmo tempo que orientam o experimentador para a janela ideal para medições laboratoriais.
A pesquisa tem implicações muito além da modelagem estelar. Melhora a precisão dos modelos teóricos utilizados para estimar as idades e massas de estrelas e exoplanetas, contribuindo assim para a nossa compreensão da evolução galáctica e das populações estelares.
"O Sol é um importante calibrador da evolução da nossa estrela e o laboratório de escolha para descobrir se estamos no caminho certo. Estes resultados são ainda mais importantes à medida que nos preparamos para lançar o satélite PLATO em 2026, um dos objetivos é caracterizar com precisão estrelas do tipo solar, a fim de encontrar planetas terrestres habitáveis". “Melhorar a nossa compreensão das condições dentro do Sol tem implicações diretas para a investigação em energia de fusão, que é uma questão fundamental no desenvolvimento de soluções de energia limpa”, acrescentou Gaël Buldgen.
Estes resultados destacam a necessidade de melhorar os modelos atômicos existentes para dar conta da discrepância entre as observações experimentais e os cálculos teóricos. Estes avanços irão redefinir a nossa compreensão da evolução estelar e dos processos físicos que governam a estrutura e evolução estelar. Esta investigação confirma a posição da Universidade de Liège na vanguarda da ciência astrofísica e demonstra o papel fundamental da helioenergética na desvendação dos mistérios do universo.
Compilado de /ScitechDaily