Как и все звезды наше Солнце “питается” термоядерным синтезом, в ходе которого водород превращается в более тяжелые элементы. Именно благодаря этому процессу наша Вселенная полна элементами тяжелее водорода и гелия.
Большая часть наших знаний о синтезе в звездах опирается на теоретические модели. Но Солнце обеспечивает ученых еще одним материалом для пополнения знаний — частицами нейтрино.
В процессе синтеза атомных ядер в окружающее пространство вылетают гамма-лучи и те самые нейтрино. Гамма-лучи греют Солнце, а вот нейтрино вылетают из звезды на скорости близкой к скорости света.
Впервые нейтрино Солнца были зарегистрированы учеными в 1960-х годах. Но на тот момент мы мало что могли о них узнать, кроме того факта, что они прилетели от нашей звезды. Это открытие доказало, что в Солнце идут процессы ядерного синтеза, но не смогло уточнить, процессы какого типа.
Теоретически, главной формой синтеза в Солнце должен быть протон-протонный цикл, в ходе которого из водорода создается гелий. Это самый простой синтез, на который способны звезды.
Более крупные звезды с более плотными ядрами способны на более сложную реакцию. У них главным источником энергии служит CNO-цикл, в ходе которого водород тоже превращается в гелий, но уже взаимодействуя с углеродом, азотом и кислородом.
За последние десять лет детекторы нейтрино стали гораздо более мощными. Современные детекторы способны измерить не только энергию, но аромат нейтрино.
Теперь мы знаем, что солнечные нейтрино, “пойманные” в 1960-х годах были не от протон-протонного цикла, а от вторичных реакций вроде распада бора. Такие реакции создают высокоэнергетические нейтрино, которые гораздо проще заметить.
В 2014 году ученые засекли нейтрино, созданные протон-протонным циклом. Те наблюдения подтвердили, что pp-цикл обеспечивает 99% энергии Солнца.
И все же наша звезда достаточно массивна, чтобы в ней в маленьком масштабе шел CNO-цикл. Именно им и должен обеспечиваться недостающий 1%.
Но CNO-нейтрино редки, и поэтому их очень сложно заметить. Но вот команде эксперимента Борексино (wiki) удалось их засечь.
Одна из главных проблем ловли CNO-нейтрино в том, что их сигнал перекрывается шумом земных нейтрино. Конечно, на Земле ядерный синтез случается лишь в ходе экспериментов ученых, но низкий уровень радиоактивного распада в земных камнях порой отражается в детекторе сигналами, которые очень похожи на сигналы CNO-нейтрино.
Чтобы очистить данные от шума и уменьшить вероятность ошибки, команда Борескино разработала сложный процесс анализа данных.
Их исследование подтвердило, что в Солнце идет ядерный синтез CNO-цикла.
В Солнце он не играет особой роли, а вот в более массивных звездах он лежит в основе их эволюции. Поэтому изучение этого цикла может помочь нам понять происхождение более тяжелых элементов. Тех самых, благодаря которым есть Земли и мы с вами.
