Helioseismic determination of the solar metal mass fraction

[en] Context. The metal mass fraction of the Sun Z is a key constraint in solar modelling, but its value is still under debate. The standard solar chemical composition of the late 2000s have the ratio of metals to hydrogen Z/X = 0.0181, with a small increase to 0.0187 in 2021, as inferred from 3D non-LTE spectroscopy. However, more recent work on a horizontally and temporally averaged <3D> model claim Z/X = 0.0225, consistent with the high values of twenty-five years ago based on 1D LTE spectroscopy. Aims. We aim to determine a precise and robust value of the solar metal mass fraction from helioseismic inversions, thus providing independent constraints from spectroscopic methods. Methods. We devise a detailed seismic reconstruction technique of the solar envelope, combining multiple inversions and equations of state to accurately and precisely determine the metal mass fraction value. Results. We show that a low value of the solar metal mass fraction corresponding to Z/X = 0.0187 is favoured by helioseismic constraints and that a higher metal mass fraction corresponding to Z/X = 0.0225 are strongly rejected by helioseismic data. Conclusions. We conclude that direct measurement of the metal mass fraction in the solar envelope favours a low metallicity, in line with the 3D non-LTE spectroscopic determination of 2021. A high metal mass fraction as measured using a <3D> model in 2022 is disfavoured by helioseismology for all modern equations of state used to model the solar convective envelope.

Disciplines :

Aérospatiale, astronomie & astrophysique

Auteur, co-auteur :

Buldgen, Gaël ; Université de Liège - ULiège > Département d'astrophysique, géophysique et océanographie (AGO) > Astrophysique stellaire théorique et astérosismologie

Grötsch-Noels, Arlette ; Université de Liège - ULiège > Département d'astrophysique, géophysique et océanographie (AGO)

Baturin, V. A.

Oreshina, A. V.

Ayukov, S. V.

Scuflaire, Richard ; Université de Liège - ULiège > Département d'astrophysique, géophysique et océanographie (AGO) > Astrophysique stellaire théorique et astérosismologie

Amarsi, A. M.

Grevesse, Nicolas ; Université de Liège - ULiège > Centres généraux > CSL (Centre Spatial de Liège)

Langue du document :

Anglais

Titre :

Helioseismic determination of the solar metal mass fraction

Date de publication/diffusion :

2024

Titre du périodique :

Astronomy and Astrophysics

ISSN :

0004-6361

eISSN :

1432-0746

Maison d'édition :

EDP Sciences, Les Ulis, France

Peer reviewed :

Peer reviewed vérifié par ORBi

Commentaire :

Accepted for publication in A&A, online materials available on demand or on publisher website

Disponible sur ORBi :

depuis le 29 décembre 2023

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