Ученые получили доказательства образования нейтрино в цикле синтеза CNO на Солнце

Международная группа из коллаборации Borexino сообщает об обнаружении нейтрино от Солнца, впервые непосредственно открыв, что цикл синтеза углерод-азот-кислород (CNO) работает в нашей звезде.

По словам ученых, цикл CNO является основным источником энергии, приводящим в действие звезды тяжелее Солнца, но до сих пор он не был обнаружен напрямую ни у одной звезды.

Большую часть своей жизни звезды получают энергию, превращая водород в гелий. В звездах, таких как наше Солнце, это в основном происходит через «протон-протонные» цепочки. Однако многие звезды тяжелее и горячее, чем наше Солнце, и включают в свой состав элементы тяжелее гелия — качество, известное как металличность (в астрономии металлами называют все элементы кроме водорода и гелия). С 1930-х гг. предсказывают, что у тяжелых звезд будет преобладать CNO-цикл.

Нейтрино, испускаемые как часть этих процессов, обеспечивают спектральную сигнатуру, позволяющую ученым отличать нейтрино из «протон-протонной цепи» от таковых из «CNO-цикла». Исследователи отмечают: «Подтверждение того, что цикл CNO есть на нашем Солнце, где он работает только на один процент, укрепляет нашу уверенность в том, что мы понимаем, как работают звезды».

Помимо этого, нейтрино CNO могут помочь решить важный открытый вопрос в звездной физике. То есть, как центральная металличность Солнца, которая может быть определена только по скорости нейтрино CNO из ядра, связана с металличностью где-то еще в звезде. Традиционные модели столкнулись с трудностью — измерения металличности поверхности с помощью спектроскопии не согласуются с измерениями металличности под поверхностью, полученными с помощью другого метода, гелиосейсмологических наблюдений.

Исследователи говорят, что нейтрино — единственный прямой зонд, который наука использует для исследования ядра звезд, включая Солнце, но их чрезвычайно трудно измерить.

Миллиарды из них попадают на каждый квадратный сантиметр поверхности Земли в секунду, но практически все проходят через нее без взаимодействия. Ученые могут обнаружить их только с помощью очень больших детекторов с исключительно низким уровнем радиационного фона.

Детектор Borexino находится глубоко под Апеннинами в центральной Италии, в Лаборатории Nazionali del Gran Sasso. Он обнаруживает нейтрино как вспышки света, возникающие при столкновении нейтрино с электронами в 300-тонном сверхчистом органическом сцинтилляторе. Его большая глубина, размер и чистота делают Borexino уникальным детектором, единственным в своем классе для обнаружения низкофонового излучения.

Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2934-0