近日,一項開創性的研究成果在國際知名學術期刊《自然通訊》上發表,揭示了研究人員在極端條件下利用日震學測量太陽輻射不透明度的新方法。這項工作不僅填補了我們對原子物理學的理解空白,還證實了最近的實驗結果,為天體物理學和核物理學領域的研究開辟了新的視角。
日震學,作為專門研究太陽聲波振蕩的學科,具有高精度的恒星內部探測能力。通過分析這些聲波振蕩,研究人員能夠重建太陽等離子體的基本參數,如密度、溫度和化學成分,這些是理解恒星運作和演化的關鍵要素。這一方法使得太陽成為了一個獨特的天體物理實驗室,為完善恒星模型和探索宇宙中恒星的演化提供了寶貴數據。
此次國際研究由列日大學研究員Gaël Buldgen領導,合作團隊利用日震技術對太陽等離子體在其結構深層對高能輻射的吸收進行了獨立測量。這一研究為太陽輻射不透明度提供了新的見解,這是理解太陽內部極端條件下物質與輻射相互作用的關鍵物理量。研究結果與美國桑迪亞國家實驗室等機構的觀測結果相吻合,同時也揭示了當前原子物理學理論模型與實驗觀測之間的差異。
科學團隊使用了列日大學開發的先進數值工具,并結合了該大學在日震學和恒星建模方面的專業知識。Gaël Buldgen解釋道:“通過以無與倫比的精度探測太陽的聲波,我們可以重建恒星的內部特性,就像我們根據樂器發出的聲音推斷出樂器的特性一樣。”
日震測量的高精度使得研究人員能夠以前所未有的精確度估算太陽內部物質的質量,這一精度甚至超過了高精度廚房秤。然而,盡管日震學在基礎物理學的發展中發揮了重要作用,但2009年對太陽化學成分的修訂導致太陽模型出現危機,不再與日震觀測結果相符。為了應對這一挑戰,列日大學開發了先進的工具,并通過國際合作得到了豐富,使得重新審視太陽內部的熱力學條件成為可能。
這項研究的意義不僅限于恒星建模。它提高了用于估計恒星和系外行星年齡和質量的理論模型的準確性,有助于我們了解星系演化和恒星種群。Gaël Buldgen補充道:“太陽是我們恒星演化的偉大校準器,是我們找出我們是否走在正確軌道上的首選實驗室。這些結果在我們準備于2026年發射PLATO衛星時更為重要,該衛星的目標之一是準確描述太陽型恒星以尋找可居住的類地行星。更重要的是,這些結果在核聚變方面具有共鳴,因為太陽仍然是我們太陽系中唯一穩定的核聚變反應堆。提高我們對太陽內部條件的理解直接影響聚變能研究,這是開發清潔能源解決方案的一個關鍵問題。”
此外,研究結果還強調了改進現有原子模型的必要性,以解決實驗觀測和理論計算之間的差異。這些進步將重新定義我們對恒星演化以及控制恒星結構和演化的物理過程的理解。此次研究不僅證實了列日大學在天體物理學領域的前沿地位,還展示了日震學在解開宇宙之謎方面的關鍵作用。