ASTROFIZIKA

I.J.

Hemija zvezda

Neutrini I Sunčeva nuklearna fuzija

Hvatanjem neutrina koje emituje jezgro Sunca, fizičari su popunili poslednji detalj slagalice u vezi s tim kako nuklearna fuzija služi kao pogon zvezdama

Detekcija potvrđuje teoretska predviđanja stara nekoliko decenija da je određeni deo Sunčeve energije dobijen lancem reakcija koje uključuju ugljenik i jezgra azota. Ovaj proces spaja četiri protona kako bi se formiralo helijumsko jezgro, koje oslobađa dva neutrina, najlakše poznate čestice materije koje su poznate, kao i druge subatomske čestice i veoma velike količine energije. Ova ugljeno-azotna reakcija nije jedina u lancu fuzionih reakcija Sunca: proizvodi više od jednog procenta Sunčeve energije. Međutim, smatra se da je to dominantan energetski izvor kod većih zvezda. Ti rezultati obeležavaju prvu direktnu detekciju neutrina iz ovog procesa. Mark Pinsonol, astrofizičar (Ohajo državni univerzitet u Kolumbusu, SAD), slikovito je objasnio mogućnost potvrde jedne od fundamentalnih predviđanja teorije o strukturi zvezda kao „intelektualnu lepotu”.
Ova otkrića objavili su iz Boreksino podzemnih eksperimenata u centralnoj Italiji, 23.juna ove godine na virtualnoj „Neutrino konferenciji 2020”. Oni su prvi direktno detektovali neutrine iz tri posebne odvojene reakcije, nazvane „lanac proton-proton”, koja je u osnovi većeg dela Sunčeve fuzije. Potparol Boreksina, Đoakino Ranući, fizičar (Univerzitet u Milanu) koji je predstavio rezultate, izjavio je da je ovakvim ishodom Boreksino otkrio dva procesa bitna za Sunce. Istraživanje je konačna prekretnica za Boreksino, u pitanju je eksperiment kojim se još uvek skupljaju podaci ali koji će se možda obustaviti za najmanje godinu dana.
Eksperiment „Boreksino solar-neutrino” odvijao se na prostoru od preko 1 km2, u Nacionalnoj laboratoriji „Gran-Saso”, pored L’Akvile, u Italiji, gde je u funkciji od 2007. Detektor se sastoji od džinovskog najlonskog balona napunjenog sa 278 t tečnog ugljovodonika, koji je zaronjen u vodu. Ogromna većina neutrina od Sunca juri ka Zemlji i Boreksinu ravnom putanjom, ali manji broj odbija elektrone u ugljovodonicima, proizvodeći munje koje hvataju fotonski senzori koji se nalaze po ivicama vodenog rezervoara. Neutrini iz Sunčevog ugljeno-azotnog lanca reakcije su relativno retki jer na ovu reakciju otpada mali deo solarne fuzije. Štaviše, lako je pomešati CN neutrine sa onima koje je proizveo radioaktivni otpad bizmut-210, izotop koji curi iz najlon balona u mešavinu ugljovodonika.

Uz neobično mirnu tečnost

Iako kontaminacija postoji u ekstremno niskoj koncentraciji, najviše nekoliko desetina bizmutovog jezgra otpada po danu u Boreksinu - odvajanje solarnog signala od signala bizmuta zahtevalo je velike napore koji su započeti 2014. Nije se moglo sprečiti curenje bizmuta-210 iz balona pa je cilj bio da se uspori stopa po kojoj je element curkao u sredini fluida, u isto vreme zanemarujući signale sa spoljašnjeg oboda. Da bi se to postiglo, tim je morao da kontroliše svaki disbalans širom rezervoara, koji bi doveo do prenošenja - jer bi se sadržaj brže pomešao. Tečnost mora da bude neobično mirna i da se kreće najviše nekoliko desetina santimetara mesečno. Da bi se ugljovodonici čuvali na uvek jednakoj temperaturi, oni su umotali ceo rezervoar u izolacioni prekrivač i instalirali razmenjivač toplote kako bi automatski balansirali temperaturu. Potom su čekali.
Tek 2019. godine signal bizmuta bio je dovoljno tih da bi signal neutrina došao do izražaja. Do početka 2020, istraživači su skupili dovoljno čestica da bi do kraja utvrdili postojanje neutrina u lancu cijanidne nuklearne fuzije. Aldo Sereneli, astrofizičar (Institut za svemirske nauke u Barseloni), izjavio je da je u pitanju direktni dokaz da azot koji sagoreva putem cijanidne reakcije ima funkciju u procesima koji se odvijaju u zvezdama. Kao i potvrđivanje teoretskih predviđanja u vezi s Sunčevim pogonom, detekcija CN neutrina mogla bi da baci više svetla na strukturu njegovog jezgra, posebno na koncentraciju elemenata koje bi astrofizičari nazvali metalima (sve što je teže od azota i helijuma).

Metaličnost jezgra i površine

Količina neutrina uočenih u Boreksinu izgleda konzistentno sa standardnim modelima po kojima je „metaličnost” Sunčevog jezgra slična kao i metaličnost na površini. Ali Sereneli dodaje da su sadašnja izučavanja počela da dovode u pitanje tu pretpostavku. To praktično znači da je „metaličnost” niža.
I upravo zbog toga što ovi elementi određuju koliko se brzo toplota rasipa od Sunčevog jezgra, jezgro je hladnije nego što se prvobitno smatralo. Proizvodnja neutrina je ekstremno osetljiva na temperature i, kada se sve uzme u obzir, različite količine neutrina primećene Boreksinom su izgleda konzistentne sa starijim vrednostima „metaličnosti”, a ne s novijim, kaže Sereneli. Kao moguće objašnjenje, on i drugi astrofizičari pretpostavljaju da jezgro ima veću „metaličnost” od spoljašnjih slojeva. Njegov sastav mogao bi da otkrije više o prethodnim fazama u životu Sunca, pre nego što su, formiranjem planeta, nestali neki metali koji su se gomilali na tada još uvek mladoj zvezdi.

I.J.

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"