Słońce składa się głównie z wodoru i helu, ale śladowe ilości cięższych pierwiastków, takich jak węgiel, żelazo czy srebro, mają dla naukowców ogromne znaczenie. Stanowią one swoisty zapis dziejów kosmosu, „skamieniałości” powstałe w wyniku procesów zachodzących w gwiazdach i podczas ich eksplozji. Analiza tych pierwiastków pozwala lepiej zrozumieć ewolucję chemiczną Drogi Mlecznej i procesy, które doprowadziły do powstania planet oraz życia.
Dotychczasowe szacunki dotyczące ilości srebra w Słońcu opierały się na uproszczonych modelach atmosfery gwiazdy. Zespół badawczy z Uppsali, kierowany przez Semę Caliskan, doktorantkę na Wydziale Fizyki i Astronomii, postanowił podejść do zagadnienia w nowatorski sposób. Naukowcy wykorzystali zaawansowane modelowanie dynamiczne zewnętrznych warstw Słońca, wzbogacone o precyzyjne obliczenia fizyki atomowej. Dzięki temu udało się dokładniej uchwycić, jak atomy srebra oddziałują ze światłem i innymi cząstkami w ekstremalnych warunkach panujących na Słońcu.
Kluczową rolę odegrała tu spektroskopia, metoda polegająca na analizie widma światła słonecznego. Atomy w atmosferze Słońca pochłaniają światło o określonych długościach fal, tworząc charakterystyczne ciemne linie w widmie. Każdy pierwiastek pozostawia unikatowy „odcisk palca”, który można porównać z modelami teoretycznymi, by określić jego ilość. Dzięki naszemu nowemu modelowi byliśmy w stanie dokładniej interpretować linie widmowe używane do określenia obfitości srebra w Słońcu - mówi Sema Caliskan, która rozpoczęła studia doktoranckie, pracując nad strukturą atomów, a później zastosowała swoją wiedzę w astrofizyce.
Jednym z najważniejszych rezultatów tych badań jest rozwiązanie długo nierozstrzygniętego problemu tzw. brakującego srebra w Układzie Słonecznym. Dotychczasowe pomiary wskazywały, że ilość srebra w Słońcu jest znacznie niższa niż w prymitywnych meteorytach, które powstały z tej samej chmury gazu i pyłu, co nasza gwiazda, około 4,6 miliarda lat temu. Nowe, wyższe szacunki zawartości srebra w Słońcu sprawiają, że wyniki te są teraz ze sobą zgodne, co potwierdza dotychczasowe teorie dotyczące powstawania Układu Słonecznego.
Dlaczego to odkrycie ma szersze znaczenie?
Odkrycie naukowców z Uppsali ma znaczenie wykraczające poza badania naszej gwiazdy. Zastosowana przez nich metoda może być wykorzystana do analizy składu chemicznego innych gwiazd, co pozwoli lepiej zrozumieć, gdzie i w jaki sposób powstają ciężkie pierwiastki, takie jak srebro, w różnych częściach galaktyki. Badacze planują już kolejne analizy, które pozwolą prześledzić rozprzestrzenianie się srebra w Drodze Mlecznej na przestrzeni miliardów lat.
Zaawansowane obliczenia, które umożliwiły to przełomowe odkrycie, zostały wykonane przy użyciu szwedzkiego superkomputera Tetralith, działającego w Narodowym Centrum Superkomputerowym na Uniwersytecie w Linköping. Połączenie wiedzy z zakresu fizyki gwiazd i modelowania atomowego pozwoliło osiągnąć precyzję, która do tej pory była nieosiągalna.
