Ученые обнаружили нейтрино от Солнца, которые доказывают, что в нашей Вселенной работает цикл CNO: углерод-азот-кислород, который является основным источником энергии, приводящим в действие звезды тяжелее Солнца, - пишет eurekalert.org.
Нейтрино обнаружила международная группа из почти 100 ученых Коллаборации Borexino, включая физика элементарных частиц Андреа Покара из Массачусетского университета в Амхерсте.
Покар рассказал, что 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. С 1930-х гг. ученые 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». Покар отмечает: «Подтверждение того, что 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: 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.
Покар говорит, что нейтрино - единственный прямой зонд, который наука использует для исследования ядра звезд, включая Солнце, но их чрезвычайно трудно измерить. Целых 420 миллиардов из них попадают на каждый квадратный дюйм поверхности Земли в секунду, но практически все проходят 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 Националь-дель-Гран-Сассо INFN. Он обнаруживает нейтрино как вспышки света, возникающие при столкновении нейтрино с электронами в 300-тонном сверхчистом органическом сцинтилляторе. По словам Покара, его большая глубина, размер и чистота делают Borexino уникальным детектором для этого типа науки, единственным в своем классе для обнаружения низкофонового излучения. Проект был инициирован в начале 1990-х годов группой физиков под руководством Джанпаоло Беллини из Миланского университета, Франка Калаприса из Принстона и покойного Раджу Рагхавана из Bell Labs.
До своих последних открытий коллаборация Borexino успешно измеряла компоненты потоков «протон-протонных» солнечных нейтрино, помогала уточнить параметры осцилляций ароматов нейтрино и, что наиболее впечатляюще, даже измерила первый этап цикла: очень низкоэнергетический «протон-протонный» - вспоминает Покар.
Его исследователи мечтали расширить сферу науки, чтобы также искать нейтрино CNO - в узкой спектральной области с особенно низким фоном - но эта цель казалась недосягаемой. Однако исследовательские группы из Принстона, Технологического института Вирджинии и Университета Массачусетса в Амхерсте полагали, что нейтрино CNO еще можно обнаружить с помощью дополнительных этапов очистки и методов, которые они разработали, чтобы реализовать требуемую исключительную стабильность детектора.
По словам Покара, «помимо обнаружения нейтрино CNO, что является предметом статьи в Nature на этой неделе, теперь есть даже потенциал, чтобы помочь решить проблему металличности».
До открытия нейтрино CNO лаборатория планировала прекратить
работу Borexino в конце 2020 года. Но поскольку данные,
использованные в анализе для доклада Nature, были заморожены,
ученые продолжили сбор данных, поскольку центральная чистота
продолжала улучшаться. По словам Покара, необходимо сделать новый
результат с упором на металличность реальной возможностью. Сбор
данных может быть продлен до 2021 года, поскольку необходимые
материально-технические и разрешительные документы в процессе
выполнения нетривиальны и требуют много времени. «Каждый
дополнительный день помогает», - отмечает он.
[Фото: eurekalert.org]
