太陽CNO聚變循環產生中微子

11月26日,《自然》發表的一篇論文報道檢測到了太陽次要聚變循環產生的中微子。測量這些中微子可以為了解太陽結構和太陽核心內的元素豐度提供新線索。恆星的能量來自於氫到氦的核聚變,這通過兩個過程發生:質子-質子鏈反應(pp)和碳氮氧循環(CNO),前者只涉及氫氦同位素,後者靠碳氮氧催化聚變。

太陽CNO聚變循環產生中微子

博瑞西諾不銹鋼球體育太陽的藝術合成照 圖片來源:Maxim Gromov和博瑞西諾合作組織

質子-質子鏈反應是與太陽大小類似的恆星的主要能量產生方式,約占全部生產能量的99%,這一點已得到廣泛研究。研究碳氮氧循環更具有挑戰性,因為通過這種機制產生的中微子每天只比背景信號多幾個而已。

博瑞西諾合作組織報道檢測到了太陽碳氮氧聚變循環期間發射出的中微子,且具有高統計顯著性。他們使用的是意大利格蘭薩索國家實驗室高靈敏度的博瑞西諾檢測器,它能夠排除或解釋大部分的背景噪音源。作者表示,這些結果代表了第一個已知的關於碳氮氧循環的直接實驗證據,證明碳氮氧循環貢獻了1%左右的太陽能量(符合理論預測)。

作者提出,測量碳氮氧聚變產生的中微子,可以確定恆星中碳氮氧的豐度。據信,碳氮氧循環對質量大於太陽的恆星的能量生產具有更大的貢獻。了解恆星中重量大於氦的元素的豐度(即金屬性)有助於我們了解不同恆星的主導能量來源。

在相應的「新聞與觀點」文章中,美國加州大學伯克利分校的Gabriel Orebi Gann說:「博瑞西諾合作組織的工作讓我們能夠更進一步地全面認識太陽和大質量恆星的形成,或許會定義未來幾年這個領域的研究目標。」

來源:cnBeta