Όπως όλα τα αστέρια, ο Ήλιος μας τροφοδοτείται από τη σύντηξη υδρογόνου σε βαρύτερα στοιχεία. Η πυρηνική σύντηξη δεν είναι μόνο αυτό που κάνει τα αστέρια να λάμπουν, είναι επίσης μια κύρια πηγή των χημικών στοιχείων που δημιουργούν τον κόσμο γύρω μας. Μεγάλο μέρος της κατανόησής μας για την αστρική σύντηξη προέρχεται από θεωρητικά μοντέλα ατομικών πυρήνων, αλλά για το πλησιέστερο αστέρι μας, έχουμε επίσης μια άλλη πηγή: τα νετρίνα που δημιουργούνται στον πυρήνα του Ήλιου.
Κάθε φορά που οι ατομικοί πυρήνες υφίστανται σύντηξη, παράγουν όχι μόνο ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας αλλά και νετρίνα. Ενώ οι ακτίνες γάμμα θερμαίνουν το εσωτερικό του Ήλιου για χιλιάδες χρόνια, τα νετρίνα εξέρχονται από τον Ήλιο με ταχύτητα σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Τα ηλιακά νετρίνα εντοπίστηκαν για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1960, αλλά ήταν δύσκολο να μάθουμε πολλά για αυτά εκτός από το γεγονός ότι εκπέμπονταν από τον Ήλιο. Αυτό απέδειξε ότι η πυρηνική σύντηξη συμβαίνει στον Ήλιο, αλλά όχι το είδος της σύντηξης.
Ο κύκλος CNO ξεκινά σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Πίστωση: RJ Hall
Σύμφωνα με τη θεωρία, η κυρίαρχη μορφή σύντηξης στον Ήλιο θα πρέπει να είναι η σύντηξη πρωτονίων που παράγει ήλιο από υδρογόνο. Γνωστή ως pp-chain, είναι η πιο εύκολη αντίδραση για τα αστέρια να δημιουργήσουν. Για μεγαλύτερα αστέρια με θερμότερους και πιο πυκνούς πυρήνες, μια πιο ισχυρή αντίδραση γνωστή ως κύκλος CNO είναι η κυρίαρχη πηγή ενέργειας. Αυτή η αντίδραση χρησιμοποιεί υδρογόνο σε έναν κύκλο αντιδράσεων με άνθρακα, άζωτο και οξυγόνο για την παραγωγή ηλίου. Ο κύκλος CNO είναι μέρος του λόγου για τον οποίο αυτά τα τρία στοιχεία είναι από τα πιο άφθονα στο σύμπαν (εκτός από το υδρογόνο και το ήλιο).
Την τελευταία δεκαετία οι ανιχνευτές νετρίνων έχουν γίνει πολύ αποτελεσματικοί. Οι σύγχρονοι ανιχνευτές είναι επίσης σε θέση να ανιχνεύσουν όχι μόνο την ενέργεια ενός νετρίνου, αλλά και τη γεύση του. Γνωρίζουμε τώρα ότι τα ηλιακά νετρίνα που ανιχνεύθηκαν από πρώιμα πειράματα δεν προέρχονται από τα κοινά νετρίνα pp-αλυσίδας, αλλά από δευτερογενείς αντιδράσεις όπως η διάσπαση του βορίου, που δημιουργούν νετρίνα υψηλότερης ενέργειας που είναι πιο εύκολο να ανιχνευθούν. Μετά το 2014, μια ομάδα ανίχνευσε νετρίνα χαμηλής ενέργειας που παράγονται άμεσα από την pp-αλυσίδα. Οι παρατηρήσεις τους επιβεβαίωσαν ότι το 99% της ενέργειας του Ήλιου παράγεται από τη σύντηξη πρωτονίου-πρωτονίου.
Τα ενεργειακά επίπεδα διαφόρων ηλιακών νετρίνων. Credit: ΗΡΩΝ, Πανεπιστήμιο Brown
Ενώ η pp-αλυσίδα κυριαρχεί στη σύντηξη στον Ήλιο, το αστέρι μας είναι αρκετά μεγάλο ώστε ο κύκλος CNO θα πρέπει να συμβαίνει σε χαμηλό επίπεδο. Θα πρέπει να είναι αυτό που αντιστοιχεί σε αυτό το επιπλέον 1% της ενέργειας που παράγεται από τον Ήλιο. Επειδή όμως τα νετρίνα CNO είναι σπάνια, είναι δύσκολο να εντοπιστούν. Αλλά πρόσφατα μια ομάδα τους παρατήρησε με επιτυχία.
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις με την ανίχνευση νετρίνων CNO είναι ότι το σήμα τους τείνει να είναι θαμμένο μέσα σε επίγειο θόρυβο νετρίνων. Η πυρηνική σύντηξη δεν συμβαίνει φυσικά στη Γη, αλλά τα χαμηλά επίπεδα ραδιενεργού αποσύνθεσης από επίγεια πετρώματα μπορούν να προκαλέσουν γεγονότα σε έναν ανιχνευτή νετρίνων που είναι παρόμοια με τις ανιχνεύσεις νετρίνων CNO. Έτσι, η ομάδα δημιούργησε μια εξελιγμένη διαδικασία ανάλυσης που φιλτράρει το σήμα των νετρίνων από ψευδώς θετικά. Η μελέτη τους επιβεβαιώνει ότι η σύντηξη CNO συμβαίνει στον Ήλιο μας σε προβλεπόμενα επίπεδα.
Ο κύκλος CNO παίζει δευτερεύοντα ρόλο στον Ήλιο μας, αλλά είναι κεντρικός στη ζωή και την εξέλιξη των μεγαλύτερων αστεριών. Αυτή η εργασία θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τον κύκλο των μεγάλων άστρων και θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα την προέλευση των βαρύτερων στοιχείων που κάνουν δυνατή τη ζωή στη Γη.
Αναφορά:Η συνεργασία Borexino. ' Πειραματικά στοιχεία των νετρίνων που παράγονται στον κύκλο σύντηξης CNO στον Ήλιο .Φύση587 (2020): 577