Mint minden csillag, a mi Napunkat is a hidrogén nehezebb elemekké való fúziója hajtja. A magfúzió nemcsak a csillagokat ragyogtatja, hanem a minket körülvevő világot alkotó kémiai elemek elsődleges forrása is. A csillagfúzióval kapcsolatos ismereteink nagy része az atommagok elméleti modelljeiből származik, de legközelebbi csillagunknak van egy másik forrása is: a Nap magjában keletkező neutrínók.
Amikor az atommagok fúzión mennek keresztül, nemcsak nagy energiájú gamma-sugarakat, hanem neutrínókat is termelnek. Míg a gamma-sugarak több ezer éven keresztül felmelegítik a Nap belsejét, a neutrínók közel fénysebességgel húzódnak ki a Napból. A szoláris neutrínókat először az 1960-as években észlelték, de nehéz volt sokat megtudni róluk azon kívül, hogy a Napból bocsátották ki őket. Ez bebizonyította, hogy magfúzió történik a Napban, de nem a fúzió típusa.
A CNO ciklus magasabb hőmérsékleten indul be. Köszönetnyilvánítás: RJ Hall
Az elmélet szerint a Nap fúziójának domináns formájának a protonok fúziójának kell lennie, amely hidrogénből héliumot állít elő. A pp-lánc néven ismert reakció a csillagok legkönnyebben létrehozható reakciója. A forróbb és sűrűbb maggal rendelkező nagyobb csillagok esetében a CNO-ciklus néven ismert erősebb reakció a domináns energiaforrás. Ez a reakció hidrogént használ a szénnel, nitrogénnel és oxigénnel való reakcióciklusban hélium előállítására. A CNO-ciklus része annak, amiért ez a három elem az univerzumban a legelterjedtebb elemek közé tartozik (a hidrogén és a hélium kivételével).
Az elmúlt évtizedben a neutrínódetektorok sokkal hatékonyabbá váltak. A modern detektorok nemcsak a neutrínók energiáját, hanem az ízét is képesek érzékelni. Ma már tudjuk, hogy a korai kísérletek során észlelt napneutrínók nem a közönséges pp-láncú neutrínókból származnak, hanem olyan másodlagos reakciókból, mint a bórbomlás, amelyek nagyobb energiájú neutrínókat hoznak létre, amelyeket könnyebben észlelni lehet. Aztán 2014-ben egy csapat a pp-lánc által közvetlenül előállított alacsony energiájú neutrínókat észlelt. Megfigyeléseik megerősítették, hogy a Nap energiájának 99%-a proton-proton fúzióval keletkezik.
A különböző napneutrínók energiaszintjei. Köszönet: HERON, Brown Egyetem
Míg a pp-lánc uralja a Nap fúzióját, csillagunk elég nagy ahhoz, hogy a CNO-ciklus alacsony szinten történjen. Ez kell, hogy a Nap által termelt energia többlet 1%-át adja. De mivel a CNO-neutrínók ritkák, nehéz észlelni őket. De nemrég egy csapat sikeresen megfigyelte őket.
A CNO-neutrínók észlelésének egyik legnagyobb kihívása, hogy jelüket a földi neutrínózajba temetik. Az atommagfúzió nem fordul elő természetesen a Földön, de a szárazföldi kőzetekből származó alacsony szintű radioaktív bomlás olyan eseményeket indíthat el a neutrínódetektorban, amelyek hasonlóak a CNO-neutrínó-detektáláshoz. Ezért a csapat kidolgozott egy kifinomult elemzési eljárást, amely kiszűri a neutrínójelet a hamis pozitívaktól. Tanulmányuk megerősíti, hogy a CNO fúzió a Napunkon belül az előre jelzett szinten megy végbe.
A CNO-ciklus kisebb szerepet játszik Napunkban, de központi szerepet játszik a nagyobb tömegű csillagok életében és fejlődésében. Ez a munka segíteni fog nekünk a nagy csillagok körforgásának megértésében, és segíthet jobban megérteni a nehezebb elemek eredetét, amelyek lehetővé teszik az életet a Földön.
Referencia:A Borexino Együttműködés. ' Kísérleti bizonyítékok a Napban a CNO fúziós ciklusban keletkező neutrínókra .'Természet587 (2020): 577