Экспериментаторы заглянули в ядро Солнца
Экспериментаторы заглянули в ядро Солнца
29 ноября 2020
Опыт Борексино получил 1-ое экспериментальное подтверждение протекания на Солнце термоядерных реакций так именуемого CNO-цикла.
Источник энергии звёзд – ядерный синтез, в каком при огромных температуре и давлении происходят цепочки реакций перевоплощения водорода в гелий. Главным считается так именуемый протон-протонный цикл, в каком участвуют лишь водород и гелий.
Начинается он со слияния 2-ух ядер водорода в «тяжкий водород» – дейтерий. При наличии в ядре звезды ещё и томных частей – углерода (C), азота (N) и кислорода (O) гелий может создаваться в процессе ядерных реакций, превращающих эти элементы друг в друга. Таковая цепочка реакций получила заглавие – CNO-цикл. Углерод, кислород и азот выступают тут катализаторами процесса. Предполагается, что для лёгких и прохладных звёзд, в том числе и Солнца, главным служит 1-ый метод, а для наиболее мощных и жарких звёзд – 2-ой, так как содержание частей тяжелее гелия (астрофизики именуют их сплавами, а саму эту характеристику – металличностью) у мощных звёзд больше. Оценки демонстрируют, что вклад реакции CNO-цикла для Солнца, составляет около 1 процента.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Структура сенсора Борексино. Понизу справа – наружный вид фотоумножителей. (Изображение INFN)
Размещение сенсора Борексино (Изображение INFN)
Наружный вид сенсора Борексино (Изображение INFN)
‹
›
Открыть в полном размере
Реакции обоих циклов отлично изучены на теоретическом уровне. 1-ый вариант CN-цикла был предложен нобелевским лауреатом Хансом Бете и Карлом Вайцзекером ещё во 2-ой половине 1930-х годов, но экспериментально подтвердить его существование по сей день не было способности, ведь конкретно следить реакции в ядре звезды нереально. Наиболее того, рождаемое в этих реакциях электромагнитное гамма-излучение из-за высочайшей плотности вещества пробирается из недр звезды до её поверхности сотки тыщ лет, теряя в процессе бессчетных поглощений и переизлучений атомами свою энергию и начальные свойства.
На помощь астрофизикам пришли нейтрино, рождающиеся в реакциях обоих циклов. Их именуют солнечными нейтрино. Эти очень слабо взаимодействующие с веществом частички фактически беспрепятственно и без утраты собственных черт проходят через толщу звезды, что делает их неповторимым источником инфы о действиях в ядре Солнца. Благодаря околосветовой скорости им требуется чуток больше восьми минут, чтоб добиться Земли. Так что эта информация поступает к нам фактически в режиме настоящего времени.
Но эти же характеристики нейтрино очень осложняют их регистрацию на Земле, они также просто пронизывают лабораторные установки – сенсоры, которые заполнены веществом, созданным для взаимодействия с ними. Только очень малая толика проходящих нейтрино ведет взаимодействие с веществом, вынуждая исследователей строить большие сенсоры, защищая их от хоть какого вероятного радиоактивного фона, и проводить весьма четкие измерения в течение почти всех лет. Тем не наименее, в крайние десятилетия нейтринная астрономия достигнула огромных фурроров.
Неповторимый в своём классе нейтринный сенсор употребляется в стартовавшем в 2007 году опыте Борексино (Borexino) по исследованию солнечных нейтрино. Его сердечком служит нейлоновая сфера поперечником 8,5 метров, заполненная 280 тоннами сверхчистого водянистого органического сцинтиллятора. Она окружена несколькими слоями защиты от окружающей естественной радиоактивности и помещена в подземную лабораторию на глубине 1,5 километра снутри горного массива Гран Сассо в Италии, что дает защиту от галлактических лучей.
При столкновении нейтрино с электронами сцинтиллятора возникает слабенькая вспышка света, которую улавливают около 2200 фотоумножителей. За денек из триллионов проходящих через сенсор нейтрино выходит зарегистрировать около 100 событий. Чтоб из всех собранных за годы наблюдений событий выделить нейтрино от исследуемых реакций на Солнце, исследователи употребляют теоретические модели и кропотливо вычисляют вклады разных действий.
В 2018 году на Борексино уже удалось подтвердить наличие реакций протон-протонного цикла на Солнце, сейчас же установилась очередь CNO-цикла. Само подтверждение основывается на том, что нейтрино, рождающиеся в том либо ином цикле, имеют различный энергетический диапазон – зависимость количества нейтрино от их энергии. По оценкам исследователей, через любой квадратный сантиметр поверхности сенсора проходит около 700 миллионов нейтрино за секунду, что составляет приблизительно одну сотую от общего потока нейтрино от Солнца. Это весьма отлично сходится с теоретическими оценками вклада CNO-цикла. Результаты исследовательских работ размещены в журнальчик «Nature».
Обнаружение нейтрино CNO-цикла может посодействовать решить целый ряд принципиальный нерешённых вопросцев солнечной физики. Металличность ядра Солнца быть может определена лишь по их количеству. А она, в свою очередь, дозволит оценить металличность остальных слоёв звезды. Дело в том, что классические модели Солнца столкнулись с трудностью – измерения металличности поверхности при помощи спектроскопии не согласуются с измерениями металличности на глубине, приобретенными гелиосейсмологией. Спектроскопия даёт наиболее низкое содержание металлов, чем гелиосейсмология.
Невзирая на подробные исследования, это несоответствие остается открытой неувязкой в физике Солнца. Не считая того «сплавы» влияют на непрозрачность плазмы, косвенно изменяя температуру ядра и эволюцию Солнца, его профиль плотности. Содержание частей в ядре звезды также охарактеризовывает состав газопылевого облака, из которого родилась звезда.
Интересно, что до открытия CNO-нейтрино планировалось закончить работу Borexino в конце 2020 года. Но сейчас, может быть, сбор данных быть может продлен, по последней мере, до 2021 года
В интернациональный коллектив коллаборации Борексино входят около 100 исследователей из Италии, США, Германии, Франции и Рф. Нашу страну представляют спецы из НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына и физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, НИЦ «Курчатовский институт», Объединённого института ядерных исследовательских работ. Физики МГУ врубились в проект «Борексино» ещё в 2001 году и воспринимали роль в разработке и запуске сенсора.
По материалам МГУ имени М.В. Ломоносова
Источник: