Supersonic turbulent convection, inhomogeneities of chemical composition and the solar neutrino problem
Creators
- 1. Monash Univ., Clayton (Australia). Dept. of Mathematics
- 2. Oxford Univ. (UK). Dept. of Theoretical Physics
Description
A new theory of the evolution of the Sun is presented to account for the present low flux of neutrinos. It is suggested that resistive segregation of grain material during the early stages of star formation, followed by a turbulent phase of planetary formation, may lead to an initial chemically inhomogeneous Sun consisting of a small metal-rich core of mass 0.03 M(Sun) surrounded by a homogeneous, but slightly metal-deficient, radiatively stable envelope. Because of its high Z we propose that the core was highly convectively unstable and a large supersonic turbulent stress was created by the motions of long and needle-like overshooting convective elements. This stress greatly expands the volume of the core causing it to become hotter at the centre but cooler at its edge. The net result is a star of quite low luminosity which consumes its central hydrogen very rapidly, via the CNO cycle, with hardly any burning taking place in the surrounding envelope. After a time tsub(0), comparable with but less than 4.7 x 109 yr, we propose that the core burns itself out. The whole star then undergoes a massive structural change with the luminosity suddenly increasing from about 1/2 L(Sun) to close to L(Sun). The net result at solar age is the configuration which has a small burnt-out core, a barely consumed hydrogen-rich envelope, and a greatly reduced neutrino flux of order 1 SNU. Setting tsub(0) = 4.13 x 109 yr, our theory provided a natural explanation of the disappearance of the Great Infra-Cambrian Ice Age and mysterious onset of the Gambrian Period, some 570 m. yr ago. It may also, possibly, account for the 'turn-off' gaps in the colour-magnitude diagram of old galactic clusters. (orig.)
Abstract (German)
Eine neue Theorie der Sonnenevolution wird gegeben, die den gegenwaertigen niedrigen Neutrinofluss erklaeren soll. Es wird angenommen, dass die Abspaltung von grobem Material waehrend der fruehen Stufen der Sternbildung, auf die eine turbulente Phase der Planetenbildung folgt, zu einer urspruenglich chemisch inhomogenen Sonne fuehrt, die aus einem kleinen, metallreichen Kern der Masse 0,03 M(Sonne) besteht, der von einer Huelle aus homogener aber schwach metallarmer, strahlungsstabiler Materie umgeben ist. Wegen des hohen Z halten wir den Kern fuer stark konvektiv instabil, und ein grosser turbulenter Ueberschalldruck wird durch die Bewegung von langen und nadelfoermigen konvektiven Elementen, die ausbrechen, erzeugt. Dieser Druck dehnt das Volumen des Kerns stark aus, wodurch das Zentrum heisser und der Rand kaelter wird. Das Endergebnis ist ein Stern von ziemlich schwacher Leuchtkraft, der seinen zentralen Wasserstoff sehr schnell ueber den CNO-Zyklus verbrennt und der in der umgebenden Huelle kaum ein anderes Brennen hat. Nach der Zeit tsub(0), die weniger als 4,7 x 109 Jahre betraegt, kann man vermuten, dass der Kern ausgebrannt ist. Der gesamte Stern erfaehrt eine gewaltige Strukturaenderung, bei der sich die Leuchtkraft ploetzlich von 1/2 L(Sonne) auf 1 L(Sonne) erhoeht. Im Sonnenalter resultiert daraus ein Zustand, der aus einem kleinen ausgebrannten Kern, einer kaum aufgebrauchten wasserstoffreichen Huelle und einem stark verringerten Neutrinofluss in der Groessenordnung 1 SNU besteht. Setzt man fuer tsub(0) = 4,13 x 109 Jahre an, dann gibt unsere Theorie eine natuerliche Erklaerung fuer das Verschwinden der Grossen Infra-Cambrium Eiszeit und fuer den mysterioesen Beginn der Cambriumperiode vor etwa 750 Mill. Jahren. Diese Theorie kann wahrscheinlich auch die Abschalt-Gaps im Farben-Helligkeitsdiagramm von alten galaktischen Sternhaufen erklaeren. (orig.)Additional details
Publishing Information
- Journal Title
- Astron. Astrophys.
- Journal Volume
- 50
- Journal Issue
- 1
- Series
- Astron. Astrophys.
- Journal Page Range
- 59-70
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 7269838
- Subject category
- S79: ASTROPHYSICS, COSMOLOGY AND ASTRONOMY;
- Descriptors DEI
- CHEMICAL COMPOSITION; CONVECTION; COSMOCHEMISTRY; ELEMENT ABUNDANCE; ENERGETIC SOLAR PARTICLES; NEUTRINOS; STAR EVOLUTION; STAR MODELS; SUN; SUPERSONIC TRANSPORT
- Descriptors DEC
- CHEMISTRY; ELEMENTARY PARTICLES; ENERGY TRANSFER; FERMIONS; HEAT TRANSFER; LEPTONS; MASSLESS PARTICLES; MATHEMATICAL MODELS; QUANTITY RATIO; RADIATIONS; SOLAR RADIATION; STARS; STELLAR RADIATION; TRANSPORT
Optional Information
- Notes
- 4 figs.; 2 tabs.; 48 refs.