Як і всі зірки, наше Сонце живиться за рахунок синтезу водню в більш важкі елементи. Ядерний синтез – це не тільки те, що змушує сяяти зірки, але й основне джерело хімічних елементів, які створюють світ навколо нас. Значна частина нашого розуміння зоряного синтезу ґрунтується на теоретичних моделях атомних ядер, але для нашої найближчої зірки ми також маємо інше джерело: нейтрино, створені в ядрі Сонця.
Коли атомні ядра зазнають синтезу, вони виробляють не тільки гамма-промені високої енергії, але й нейтрино. У той час як гамма-промені нагрівають нутрощі Сонця протягом тисяч років, нейтрино виходять із Сонця майже зі швидкістю світла. Сонячні нейтрино вперше були виявлені в 1960-х роках, але було важко дізнатися багато про них, крім того факту, що вони випромінювалися від Сонця. Це довело, що ядерний синтез відбувається на Сонці, але не тип синтезу.
Цикл CNO починається при більш високих температурах. Авторство: RJ Hall
Згідно з теорією, домінуючою формою термоядерного синтезу на Сонці має бути синтез протонів, який утворює гелій з водню. Відомий як pp-ланцюг, це найлегша реакція для створення зірок. Для більших зірок з більш гарячими і щільними ядрами, потужніша реакція, відома як CNO-цикл, є домінуючим джерелом енергії. Ця реакція використовує водень у циклі реакцій з вуглецем, азотом і киснем для отримання гелію. Цикл CNO є однією з причин, чому ці три елементи є одними з найбільш поширених у Всесвіті (крім водню та гелію).
За останнє десятиліття нейтринні детектори стали дуже ефективними. Сучасні детектори також здатні виявляти не тільки енергію нейтрино, але і його смак. Тепер ми знаємо, що сонячні нейтрино, виявлені в ранніх експериментах, походять не від звичайних нейтрино pp-ланцюга, а від вторинних реакцій, таких як розпад бору, які створюють нейтрино вищої енергії, які легше виявити. Потім у 2014 році команда виявлено нейтрино низької енергії, безпосередньо вироблене pp-ланцюгом. Їхні спостереження підтвердили, що 99% енергії Сонця генерується протон-протонним синтезом.
Рівні енергії різних сонячних нейтрино. Авторство: HERON, Університет Брауна
Хоча pp-ланцюг домінує в термоядерному синтезі на Сонці, наша зірка достатньо велика, щоб цикл CNO мав відбуватися на низькому рівні. Це має бути те, що припадає на цей додатковий 1% енергії, виробленої Сонцем. Але оскільки нейтрино CNO зустрічаються рідко, їх важко виявити. Але нещодавно команда успішно спостерігала їх.
Однією з найбільших проблем із виявленням нейтрино CNO є те, що їхній сигнал, як правило, похований у земному нейтринному шумі. Ядерний синтез не відбувається природним чином на Землі, але низький рівень радіоактивного розпаду від земних порід може викликати події в нейтринному детекторі, подібні до виявлення нейтрино CNO. Тому команда створила складний процес аналізу, який фільтрує нейтрино сигнал від помилкових спрацьовувань. Їхнє дослідження підтверджує, що синтез CNO відбувається в межах нашого Сонця на передбачених рівнях.
Цикл CNO відіграє незначну роль у нашому Сонці, але він є центральним у житті та еволюції більш масивних зірок. Ця робота повинна допомогти нам зрозуміти цикл великих зірок і може допомогти нам краще зрозуміти походження більш важких елементів, які роблять можливим життя на Землі.
Довідка:Співпраця Borexino. “ Експериментальні докази нейтрино, що утворюються в циклі синтезу CNO на Сонці '.природа587 (2020): 577