Як і всі звичайні зорі, Сонце має енергію завдяки перетворення водню у важчі елементи. Ядерний синтез — це не тільки те, що спричиняє зорі світити, це ще й основне джерело хімічних елементів, які є в нашому світі. Більшу частину нашого розуміння термоядерного синтезу в надрах зір науковці здобули завдяки побудові теоретичних моделей атомних ядер. Однак, від нашої найближчої зорі ми також маємо змогу отримати ще один доказ щодо такого синтезу: нейтрино, що виникають у ядрі Сонця.
Кожного разу, коли атомні ядра зазнають синтезу, виникають не тільки гамма-промені високої енергії, але й нейтрино. Поки гамма-промені нагрівають внутрішню частину Сонця протягом тисячоліть, нейтрино покидають Сонце майже зі швидкістю світла. Вперше сонячні нейтрино виявили у 1960-х роках, але дізнатися про них якусь конкретику було важко, крім того, що вони походили від Сонця. Тоді це стало доказом того, що на Сонці відбувається ядерний синтез, але не тип синтезу.
Вуглецево-азотний цикл (CNO-цикл) розпочинається при більш високих температурах. Фото з сайту www.universetoday.com.
Згідно з теорією, основною формою синтезу на Сонці має бути синтез протонів, унаслідок чого із водню утворюється гелій. Відомий як pp-цикл (протон-протонний цикл), це найпростіша реакція синтезу, яка може відбуватися в надрах зір. Для зір більшої, ніж у Сонця, маси, з більш гарячими і щільними ядрами, властива інша, більш потужне реакція, відома як вуглецево-азотний цикл (CNO-цикл). Вона в цих зорях є основним джерелом енергії. Вуглецево-азотний цикл — ланцюжок термоядерних реакцій за участі ядер вуглецю (Карбону), азоту (Нітрогену), кисню (Оксигену) та фтору (Флуору), внаслідок яких водень перетворюється в гелій та виділяється енергія. При цьому кількість вуглецю, азоту, кисню і фтору, які беруть участь в реакції, після закінчення циклу перетворень майже не змінюється. Саме тому їх називають каталізаторами.
За останнє десятиліття детектори нейтрино стали набагато ефективнішими. Сучасні детектори також здатні не лише реєструвати енергію нейтрино, але і його особливості. Нині відомо, що сонячні нейтрино, виявлені в ранніх експериментах, це не первинні нейтрино з рр-циклу, а ті, що виникли внаслідок вторинних реакцій, таких як розпад бору. При цьому виникають нейтрино з більш високою енергією, а тому їх легше виявити. Тільки у 2014 році науковці виявили низькоенергетичні нейтрино, що виникають прямо в рр-циклі. Спостереження підтвердили, що 99% енергії Сонця виникає внаслідок протон-протонного синтезу.
Рівні енергії різних сонячних нейтрино. Фото з сайту www.universetoday.com.
Поки рр-цикл є основною реакцією на Сонці, наша зоря досить велика, і CNO-цикл відбувається на низькому рівні. Тому він дає лише 1% енергії, яку виробляє Сонце. Це означає, що нейтрино, які виникають в такому циклі, не так багато, як порівняти з кількістю нейтрино від рр-циклу, а тому їх важко виявити. Але нещодавно науковці успішно їх спостерігали.
Однією з найбільших проблем при виявленні нейтрино CNO-циклу є те, що їх сигнал, зазвичай, перебуває на рівні наземних нейтринних шумів. Ядерний синтез не відбувається природним чином на Землі, але «шум», нехай і низького рівня, спричинений радіоактивним розпадом в наземній породі, може спричинити події в детекторі нейтрино, схожі на детектування нейтрино від CNO-циклу. Тож фізики створили складний механізм процесу аналізу, що уможливив фільтрацію сигналу від сторонніх завад. Результати дослідження підтверджують, що синтез CNO відбувається всередині Сонця на прогнозованих теорією рівнях.
Цикл CNO відіграє незначну роль на Сонці, але він є головним у житті та еволюції більш масивних зір. Нові результати мають допомогти нам зрозуміти еволюцію зір великої маси і може допомогти нам краще зрозуміти походження важчих елементів, які уможливили життя на Землі.
За інф. з сайту www.universetoday.com
