A két dimenzió illúziója

Kellő nagyítással szemlélve még a leglaposabbnak tűnő felületről is kiderül, hogy háromdimenziós felépítésű. Ez az evidencia azonnal problémaként merül fel, ha a két dimenziós elméleti kép alapján megfogalmazott fizikát egy reális, 3D-s modellel hasonlítják össze, vagy annak alapján vizsgálják felül.

Még soha senki nem számolta össze, hogy ez a tudományos rendszerekben bujkáló beépített ellentmondás hány területet érint, és milyen következményei vannak. A bemutatásra kerülő példa mindazonáltal szemléletes és pontosan illusztrálja a probléma komolyságát.

Épp ilyen helyzet állt elő, amikor Martin Asplund csillagász félretette a Nap felszínének szokás szerint használt 2D-s modelljét, és ehelyett egy szuperszámítógéppel három dimenziós felületként modellezte azt. Asplund abban reménykedett, hogy pontosabb modellt állíthat fel a spektrális és szeizmológiai adatok elemzésére, hogy jobban megérthessük a Nap belsejét.

Az USA légierejének kutatólaboratóriumába megérkezett a "Napsugárzás" projekt első eleme A világűrben a napelemek sokkal hatékonyabb energiatermelésre képesek mint a Föld felszínén, a légkör és a felhők hiánya miatt. A magasabb hatásfok több energiát jelent, melyet csúcstechnikás napelemekkel termelnek, és ez akár a Földre is lesugározható.

Fény derül a tévedésre

Mivel a szóban forgó csillagbelső nem figyelhető meg közvetlenül, a Nap felszínéről származó hang- és fénykibocsátás az egyetlen ablak a belső térbe. Asplund új modellje természetesen azonnal a felszínre hozta a számításokban rejlő ellentmondásokat. 

A szeizmológiai és spektrofotometriai adatok azt jelezték, hogy a Napnak lényegesen kevesebb nehéz eleme van, mint ahogyan azt korábban kiszámolták, a triviálisan hibás 2D-s modell felhasználásával.

Mivel a fény és a hang másképpen halad át a nehéz elemeken (a csillagászok általában a hidrogénen túl majdnem minden elemmel fémként számolnak), mint a könnyű elemeken - például a hidrogénen és a héliumon - Asplund friss számításai szerint kiderült, hogy a Nap kémiai összetétele nagyon eltér attól, amit eddig gondoltunk róla. Lényegében az eddigi tudásunkhoz képest tetemes mennyiségű nehéz elem hiányzik, ami több milliárd megatonna tömegű anyagot tesz ki. A jobb érthetőség kedvéért, körülbelül 1500 Földnyi mennyiségről van szó.

A Z-gép a Föld legerősebb röntgensugárzás-forrása Az új-mexikói Albuquerque-i Sandia Nemzeti Laboratóriumokban található a Z Pulsed Power Facility (vagy röviden a Z-Gép) a világ legerősebb röntgensugárzás-forrása, melyet az emberek valaha építettek. 

De akkor mi lehet a Nap belsejében?

A rejtély egy lehetséges megoldásaként felmerült, hogy a Nap közepén van valamilyen anyag - körülbelül 1027 kilogrammnyi - ami nem úgy viselkedik, mint az anyag a szokásos állapotában szokott. Talán a belső régiók szélsőséges hőmérsékletei és nyomása alatt az anyag különböző kvantumtulajdonságokat kap, és ez megváltoztatja az opacitást (az elektromágneses vagy egyéb sugárzás áthatolási képessége az anyagon) vagy az akusztikus rezonanciákat.

Jim Bailey, az új-mexikói Sandia Nemzeti Laboratórium kutatója megerősíteni látszott ezt a lehetőséget, amikor a Z impulzusos erőműben, vagyis a Z-gép segítségével, az anyagot olyan hőmérsékletnek és nyomásnak tette ki, mint ami a Nap belsejének bizonyos helyein található. Bailey megállapította, hogy az opacitási (átlátszatlansági) mérések ilyen körülmények között azt mutatják, hogy az anyag másképp nyeli el és engedi át a fényt, és talán hangot is, ha a körülmények ilyen óriási mértékben eltérnek a „normál” laboratóriumi környezettől.

Egy másik lehetséges magyarázat szerint a sötét anyag valamilyen formája lehet a Nap középpontjában, és ez adja a hiányzó tömeget, de csak gyengén lép kölcsönhatásba a terjedő fononikus és fotonikus emisszióval. A sötét anyag pontos természete továbbra is rejtély, számos javaslat kering a természetéről tudományos körökben. A magyarázatok az anyag új típusától, például a "weakly interacting massive particles"-nek (WIMPS) nevezett gyengén kölcsönható hatalmas részecskéktől, az axionokon át az ősi fekete lyukakig, és a téridő szuperfolyékony dinamikájáig terjednek. 

Fény derülhet a sötét anyag rejtélyére, megtalálhatták ugyanis az axiont Asztrofizikusok olyan intenzív röntgensugárzást detektáltak a Magnificient Sevennek keresztelt neutroncsillag-csoportból, hogy ez talán fényt deríthet Univerzumunk legsötétebb rejtélyére. Amennyiben a sugárzás forrásai az axionok, akkor meglehet a sötét anyag is.

A további elemzések és a szuperszámítógépes modellezés elkezdheti majd feltárni, hogy mi rejlik a Nap belsejében, de egyelőre annyi bizonyos, hogy a hagyományos modell nem kínál olyan magyarázatot, ami megfelelne a megfigyeléseknek.