Olyan neutrínókat detektáltak, melyek bizonyítják, hogy Napunk magjában egy második típusú fúzió is zajlik

Mint minden csillagot, úgy Napunkat is a hidrogén nehezebb elemekké történő fúziója hajtja. A magfúzió okozza a csillagok ragyogását, ugyana...

Mint minden csillagot, úgy Napunkat is a hidrogén nehezebb elemekké történő fúziója hajtja. A magfúzió okozza a csillagok ragyogását, ugyanakkor a körülöttünk lévő világ kémiai elemeinek elsődleges forrása is.

A csillagfúzióval kapcsolatos ismereteink nagy része az atommagok elméleti modelljeiből származik, de a legközelebbi csillagunknak köszönhetően van egy másik forrásunk is, a Nap magjában létrejövő neutrínók.

Amikor az atommagok fúzión mennek keresztül, nemcsak nagy energiájú gammasugarakat, hanem neutrínókat is termelnek. Míg a gammasugarak évezredekig melegítik a Nap belsejét, a neutrínók majdnem fénysebességgel hagyják el.

A Napból származó neutrínókat először az 1960-as években fedezték fel, de nehéz volt sok mindent megtudni róluk, azon kívül, hogy a Napból érkeznek. Ez bebizonyította, hogy a Napban fúzió megy végbe, de a fúzió típusát illetően nem árult el semmit.

Az elmélet szerint a fúzió domináns formájának a Napban a protonfúziónak kell lennie, amely hidrogénből héliumot termel. A proton-proton ciklusként (pp-ciklus) ismert folyamat a legkönnyebb reakció a csillagok számára, hogy létrehozzák a neutrínókat.

A forróbb és sűrűbb maggal rendelkező nagyobb csillagok esetében a CNO-ciklus néven ismert erősebb reakció a domináns energiaforrás. Ez a reakció hidrogént használ fel szénnel, nitrogénnel és oxigénnel történő reakcióciklusban a hélium előállításához.

A CNO-ciklus a magyarázata annak, hogy ez a három elem miért tartozik a világegyetemben a legelterjedtebbek közé (a hidrogén és a hélium kivételével).

Az elmúlt évtizedben a neutrínó detektorok egyre hatékonyabbá váltak. A modern detektorok nemcsak a neutrínó energiáját, hanem annak "ízét" is képesek felismerni.

Ma már tudjuk, hogy a korai kísérletek során kimutatott szoláris neutrínók nem a közönséges pp-ciklusból származnak, hanem olyan másodlagos reakciókból, mint a bór bomlása, amelyek magasabb energiájú neutrínókat hoznak létre, amelyeket könnyebb észlelni. (1)

Aztán 2014-ben egy csapat alacsony energiájú neutrínókat észlelt, amelyeket közvetlenül a pp-ciklus termelt. Megfigyeléseik megerősítették, hogy a Nap energiájának 99 százalékát proton-proton fúzió adja.

Míg a pp-ciklus uralja a fúziót a Napban, csillagunk elég nagy ahhoz, hogy a CNO-ciklus alacsony szinten megtörténjen. Ez a folyamat az, ami a Nap által termelt energia további 1 százalékát teszi ki.

De mivel a CNO neutrínók ritkák, nehéz őket kimutatni. A közelmúltban azonban egy csapat sikeresen megfigyelte őket.

A CNO neutrínók kimutatásának egyik legnagyobb kihívása az, hogy jelük általában elvész a földi neutrínók zajában. A magfúzió nem fordul elő természetes módon a Földön, de a földi kőzetekből származó alacsony radioaktív bomlási szint olyan eseményeket válthat ki egy neutrínó detektorban, amelyek hasonlóak a CNO neutrínó detektálásához.

A csapat ezért egy kifinomult elemzési folyamatot hozott létre, amely kiszűri a neutrínó jelet a hamis pozitívok közül. Vizsgálatuk megerősíti, hogy a CNO fúzió a Napunkon belsejében előre jelzett szinten történik.

A CNO-ciklus kisebb szerepet játszik Napunk esetében, de központi folyamat a nagyobb tömegű csillagok életében és fejlődésében.

Ez a munka segít megérteni a nagy csillagok ciklusaitt, és segíthet többet megtudni a nehezebb elemek eredetéről, amelyek lehetővé teszik az életet a Földön.

(1) - https://www.nature.com/articles/s41586
(1) - https://www.sciencealert.com/neutrinos