Η ανίχνευση νετρίνων Borexino αποκαλύπτει πληροφορίες για την παραγωγή ηλιακής ενέργειας

Ο ανιχνευτής Borexino είναι το πιο χωρίς ακτινοβολία μέρος στη Γη. Credit:Συνεργασία Borexino.

Τα αστέρια παράγουν άφθονες ποσότητες ενέργειας με τη σύντηξη του υδρογόνου σε ήλιο. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου, θεωρείται ότι κυριαρχεί στην παραγωγή ενέργειας στον ήλιο — αλλά από το 1990, οι φυσικοί έχουν θεωρήσει ότι πρέπει επίσης να συμβεί μια δεύτερη διαδικασία. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως κύκλος άνθρακα-αζώτου-οξυγόνου (CNO), πιστεύεται ότι είναι υπεύθυνη μόνο για το 1% της ενέργειας του ήλιου.

Σε μια ιστορική μελέτη, οι επιστήμονες έχουν πλέον επιβεβαιώσει τα νετρίνα που προέρχονται από αυτήν την άπιαστη διαδικασία.

Ένα βήμα πιο κοντά στην πλήρη κατανόηση του ήλιου

Η ανίχνευση νετρίνων - υποατομικών σωματιδίων που είναι πολύ παρόμοια με τα ηλεκτρόνια, αλλά δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο και πολύ μικρή μάζα - από αυτόν τον δευτερεύοντα κύκλο πυρηνικής σύντηξης ήταν πολύ δύσκολη. Μόνο μετά τη βελτίωση της τεχνολογίας οι επιστήμονες μπόρεσαν να συλλάβουν αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια με τους εξαιρετικά ευαίσθητους ανιχνευτές τους στο εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής του Ιταλικού Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής (INFN) Gran Sasso στην κεντρική Ιταλία.

Θαμμένο βαθιά κάτω από τα Απέννινα Όρη, το εργαστήριο INFN είναι το μεγαλύτερο υπόγειο ερευνητικό κέντρο στον κόσμο. Αυτό γίνεται για να απομονωθούν οι τεράστιοι ανιχνευτές νετρίνων από τις κοσμικές ακτίνες και άλλες ακτινοβολίες υποβάθρου. Τρισεκατομμύρια νετρίνα περνούν από τον υπερευαίσθητο ανιχνευτή Borexino στο INFN κάθε δευτερόλεπτο. Ωστόσο, μπορεί να ανιχνεύσει μόνο μια χούφτα από αυτά κάθε μέρα ψάχνοντας για αμυδρές λάμψεις φωτός που παράγονται από πυρηνική αποσύνθεση στη σκοτεινή του δεξαμενή νερού 300 τόνων.

Οι φυσικοί που χρησιμοποιούν τον ανιχνευτή Borexino έχουν δεκαετίες μετρήσεων για νετρίνα από την κύρια αλυσιδωτή αντίδραση πρωτονίου-πρωτονίου του ήλιου - η οποία συντήκει υδρογόνο για να παράγει βηρύλλιο, λίθιο και βόριο πριν διασπαστούν σε ήλιο. Ωστόσο, τα νετρίνα από τον κύκλο του CNO είναι πολύ πιο δύσκολο να εντοπιστούν επειδή ο ήλιος μας είναι σχετικά δροσερός, αντιπροσωπεύοντας μόλις το 1% της ενέργειάς του.

Αλλά αφού μεγέθυναν τον ανιχνευτή Borexino (ο οποίος ήταν ήδη τεράστιος) και βελτίωσαν την ευαισθησία του, οι φυσικοί μπόρεσαν να ανιχνεύσουν επτά νετρίνα με την υπογραφή της ενέργειας του κύκλου CNO.

Αυτή είναι η πρώτη άμεση απόδειξη ότι ο κύκλος CNO είναι ενεργός στον ήλιο — και πιθανότατα σε άλλα αστέρια. Ο κύκλος CNO είναι στην πραγματικότητα ο κυρίαρχος κύκλος σε πολύ μεγάλα αστέρια. Τώρα, που οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει νετρίνα CNO, θα μπορούν να μετρήσουν την αφθονία οξυγόνου, άνθρακα και αζώτου στον πυρήνα του άστρου. Στην πορεία, μπορούν να καταλάβουν καλύτερα τι τροφοδοτεί ένα αστέρι και πώς σχηματίζονται αρχικά.

"Στον κύκλο του CNO, η σύντηξη του υδρογόνου καταλύεται από άνθρακα, άζωτο και οξυγόνο, και έτσι ο ρυθμός της - καθώς και η ροή των εκπεμπόμενων νετρίνων CNO - εξαρτώνται άμεσα από την αφθονία αυτών των στοιχείων στον ηλιακό πυρήνα. Αυτό το αποτέλεσμα ανοίγει τον δρόμο προς μια άμεση μέτρηση της ηλιακής μεταλλικότητας χρησιμοποιώντας CNO. έγραψε στο περιοδικό Nature.

Tibi Puiu

Ο Tibi είναι επιστημονικός δημοσιογράφος και συνιδρυτής του ZME Science. Γράφει κυρίως για την αναδυόμενη τεχνολογία, τη φυσική, το κλίμα και το διάστημα. Στον ελεύθερο χρόνο του, στον Tibi αρέσει να φτιάχνει περίεργη μουσική στον υπολογιστή του και να γαμπρός. Είναι πτυχιούχος μηχανολόγος μηχανικός και μεταπτυχιακός στα συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.