Potvrzení existence slunečního CNO cyklu

Vědcům z italského Gran Sasso se povedlo dohlédnout až do samého nitra Slunce. Nepoužili k tomu ovšem teleskop - ale detektor, pohřbený hluboko pod zemí. (délka blogu 3 min.)

To, že je naše Slunce gigantickým fúzním reaktorem není žádné tajemství. Energii získává naše centrální hvězda díky fúzi vodíku na hélium. Umožňuje to obrovský tlak a teploty (které dosahují více než 15 milionů stupňů) uvnitř naší centrální hvězdy. Každou vteřinu se tak “spálí” kolem 600 milionů tun vodíku. 

Tím ale schopnosti Slunce syntetizovat těžší prvky nekončí. Už v roce 1938 zveřejnili fyzici Hans Bethe a Carl Friedrich von Weizäcker domněnku, že ve hvězdách musí existovat ještě jiný typ jaderné fúze. 

Ten má být katalyzovaný (tedy urychlený nebo umožněný) těžšími prvky. Dnes nazýváme tento typ - cyklus CNO. 

Zkratka CNO se vysvětluje principem procesu. Těžké prvky jako uhlík, kyslík a dusík (chemické značky C, N a O) při něm působí jeden po druhém jako katalyzátory fúze vodíku na helium.

Zpočátku se ale samozřejmě nedařilo tuto hypotézu dokázat. Dnešní vědci mají naštěstí k dispozici lepší technologie. A tak technický pokrok posledních desetiletí umožnil mimo jiné také vyřešení dávné hádanky kolem jaderné fúze ve Slunci. 

Neutrina

Důležitou roli zde hrají neutrina - prakticky nehmotné částice, které se uvolňují jako vedlejší produkt fúzních reakcí. Neutrina jsou “líné” částice. S okolní hmotou prakticky nereagují. Stovky miliard takových slunečních neutrin prolétají naším tělem každou sekundu, aniž bychom si toho všimli. 

Za to, že je mohou vědci detekovat, vděčí důmyslným zařízením - detektorům, které pracují s velkým množstvím vody, ledu nebo jiného průhledného materiálu. Ten je pak uchováván v temné komoře. Pokud se neutrino srazí s některým z atomů detekčního materiálu, způsobí to malý záblesk světla, který je zachycen fotosenzory. 

I když takových záblesků není zrovna mnoho, mohou přesto z jejich energie a spektra vědci odvodit, jaké vlastnosti muselo mít neutrino, které je vyvolalo. 

Aby měl celý výzkum smysl, musí se materiál detektoru navíc odstínit od jiného druhu neutrin, těch, která vznikají na naší vlastní planetě díky rozpadu těžkých jader radioaktivních prvků. 

Vědci nedávno vyhodnotili výsledky zachycení neutrin v detektoru Borexino v italské Laboratori Nazionali del Gran Sasso. 

Data, nasbíraná od července 2016 do února 2020 vykazují i mimo jiné přítomnost neutrin, která se dají přičíst slunečnímu CNO cyklu. 

Pro představu - denně zachytil detektor průměrně 7,2 takových neutrin na 100 tun detekční kapaliny. Odpovídá to 720 000 000 neutrinům, která každou vteřinu prolétají každým čtverečním centimetrem povrchu naší planety. 

Vědci určili také procentní podíl CNO reakce na výrobě energie v nitru Slunce. V centrální hvězdě naší soustavy jsou CNO reakce zodpovědné za jedno procento vznikající energie. Nemusí tomu tak být ale u všech hvězd. Hlavně ty, které jsou těžší než Slunce, využívají CNO cyklus daleko intenzivněji, spekulují vědci. 

Zdroj: doi: 10.1038/s41586-020-2934-0, http://borex.lngs.infn.it/