Neutrinii din ciclul CNO şi fuziunea nucleară din Soare

Energia Soarelui, ca şi a tuturor stelelor, se datorează fuziunii hidrogenului care produce elemente chimice mai grele.

Fuziunea nucleară nu este doar cauza luminozităţii stelelor, ci și o sursă primară a elementelor chimice care formează lumea din jurul nostru.

O mare parte din înțelegerea noastră privind fuziunea stelară provine din modele teoretice ale nucleului atomic, dar în cazul Soarelui, care este cea mai apropiată stea de noi, mai avem o altă sursă de informaţii preţioase: neutrinii care sunt creați în nucleul Soarelui.

Ori de câte ori nucleele atomice fuzionează, rezultă radiaţii gama cu energie mare și neutrini. În timp ce razele gama încălzesc interiorul Soarelui de-a lungul a mii de ani, neutrinii ies din Soare cu o viteză apropiată de cea a luminii.

Neutrinii solari au fost detectați, pentru prima dată, în anii 1960, dar a fost dificil să aflăm mai multe despre ei, în afară de faptul că au fost emiși de la Soare. Acest lucru a dovedit că fuziunea nucleară are loc în Soare, dar nu și tipul fuziunii nucleare.

Conform teoriei, forma dominantă de fuziune în Soare ar trebui să fie fuziunea protonilor în urma căreia rezultă heliu din hidrogen. Cunoscut sub numele de lanțul pp, aceasta este cea mai ușoară reacție de fuziune care are loc în stele.

Pentru stelele mai mari, care au un nucleu mai fierbinte și mai dens, o reacție de fuziune mai puternică, cunoscută sub numele de ciclul CNO, este sursa dominantă de energie. Această reacție folosește hidrogenul într-un ciclu de reacții cu carbonul, azotul și oxigenul pentru a produce heliu.

Aceste trei elemente se numără printre cele mai abundente din Univers, în afară de hidrogen și heliu.

Ciclul CNO începe la temperaturi mai ridicate. Credit: RJ Hall

În ultimul deceniu, detectoarele de neutrini au devenit mult mai eficiente. Detectoarele moderne sunt, de asemenea, capabile să detecteze nu doar energia unui neutrino, ci și aroma acestuia.

Știm acum că neutrinii solari detectați în experimentele timpurii nu provin din neutrinii comuni ai lanțului pp, ci din reacțiile secundare, cum ar fi dezintegrarea borului, care creează neutrini cu energie mai mare, care sunt mai ușor de detectat.

În anul 2014, o echipă de cercetători a detectat neutrini cu energie scăzută produși direct de lanțul pp. Observațiile lor au confirmat că 99% din energia Soarelui este generată de fuziunea proton-proton.

Nivelele de energie ale diferiților neutrini solari. Credit: HERON/Universitatea Brown

Chiar dacă lanțul proton-proton domină fuziunea în Soare, steaua noastră este suficient de mare astfel încât ciclul CNO să aibă loc la un nivel mai scăzut. Se crede că ar trebui să reprezinte 1% în plus din energia produsă de Soare.

Deoarece neutrinii CNO sunt rari, ei sunt greu de detectat. Cu toate acestea, recent, o echipă de cercetători i-a observat cu succes.

Proiectul Borexino

Una dintre cele mai mari provocări privind detectarea neutrinilor CNO este că semnalul lor tinde să fie acoperit de zgomotul neutrinilor tereştri.

Fuziunea nucleară nu are loc, în mod natural, pe Pământ, dar chiar şi un nivel scăzut de dezintegrare radioactivă din rocile terestre poate declanșa evenimente într-un detector de neutrini care sunt similare cu semnalele unor neutrini CNO.

În consecinţă, cercetătorii au elaborat un proces de analiză sofisticat care filtrează semnalul neutrino din cele fals pozitive. Studiul lor confirmă faptul că fuziunea CNO are loc în Soare.

Ciclul CNO are un rol minor în cazul Soarelui, dar este esențial pentru viața și evoluția stelelor masive.

Această lucrare ar trebui să ne ajute să înțelegem mai bine ciclul de viaţă al stelelor mari și originea elementelor mai grele care fac posibilă viața pe Pământ.

Traducere după Neutrinos Prove Our Sun Is Undergoing a Second Type of Fusion în Its Core