Исследователи впервые заглянули в душу Солнцу

Исследователи впервые подтвердили существование солнечных нейтрино – частиц, которые возникают в результате слияния водорода в недрах Солнца. Опубликованные в "Nature" данные показывают, что наши представления о солнечных процессах верны, и предлагают впервые взглянуть в режиме реального времени на то, насколько высока сегодня степень слияния ядер атомов Солнца, так как свету, покидающему поверхность нашей центральной звезды, уже 100000 лет.

Откуда Солнце черпает свою энергию?

Сегодня этот вопрос почти тривиален: еще в школе учат, что силу излучения света дает Солнцу ядерный синтез. Но окончательное доказательство того, что внутри светила ядра водорода действительно сливаются друг с другом, у астрономов отсутствовало. В роли доказательства могли бы выступить нейтрино, так как эти элементарные частицы возникают при слиянии двух протонов. Модели свидетельствуют, что путем ядерного синтеза внутри Солнца каждую секунду должно появляться примерно 60 млрд. нейтрино на квадратный сантиметр.

Слева внутренняя часть детектора "Борексино", справа изображение Солнца
Фото: © Borexino Collaboration

При небольшом взаимодействие - мало энергии

Несмотря на их большое количество, эти солнечные нейтрино особенно "трудноуловимы". Они почти беспрепятственно проходят через вещество и, следовательно, сквозь большинство измерительных приборов. Обнаружить их можно только тогда, когда нейтрино случайно сталкивается с атомным ядром, так как при этом освободится энергия в виде крошечной световой вспышки. Поэтому большинство детекторов нейтрино состоят из обширных емкостей с жидкостью, вокруг которых находятся фотодатчики.

Но есть и другая причина, почему солнечные нейтрино не были непосредственно подтверждены: "Они обладают малым количеством энергии, диапазон которой точно совпадает с диапазоном естественной радиоактивности", - объясняет Андреа Покар (Andrea Pocar), один из физиков, участвующих в проекте (Университет штата Массачусетс в Амхерсте). Поэтому сигнал солнечных нейтрино обычно перекрывается.

При слиянии двух протонов на Солнце высвобождается нейтрино
Фото: © HG: NASA/SDO

Слишком неуловимо для большинства детекторов

Кроме того, возникает три вида нейтрино, которые во время полета в пространстве могут превращаться друг в друга. Солнце испускает лишь так называемые электронные нейтрино, но пока они достигают Земли, многие из них преобразуются в мюонные нейтрино (νμ) или тау-нейтрино (ντ). Однако большинство детекторов могут обнаруживать только один тип нейтрино. Единственным исключением является детектор "Борексино", установленный в итальянских Апеннинах глубоко под массивом Гран-Сассо.

С его помощью исследователям сейчас впервые удалось непосредственно подтвердить существование солнечных нейтрино. Им помогла, с одной стороны, высокая чувствительность детектора "Борексино", состоящего из сферической емкости с 300-ми тонн специальной детекторной жидкости, которая защищена от помех тысячью тонн воды высокой чистоты и несколькими дополнительными слоями оболочки.

Вспышки света в емкости детектора

Более 2000 фотодатчиков регистрируют крошечные вспышки света, которые происходят в детекторе жидкости при нейтринных столкновениях. Но в этом детекторе встречаются и маскирующие сигналы, в том числе как результат распада в его жидкости радиоактивного углерода C-14. Тем не менее, с помощью специальных вычислительных программ исследователям удалось исключить эти мешающие сигналы и таким путем впервые непосредственно поймать солнечные нейтрино.

Сферический внутренний резервуар со специальной жидкостью окружен в детекторе “Борексино” второй емкостью со сверхчистой водой и фотодатчиками Фото: © Borexino Collaboration

Как сообщают исследователи, измеренная ими плотность нейтрино соответствует примерно 66 млрд. частиц на квадратный сантиметр в секунду. Это очень хорошо согласуется со значениями теоретических моделей. "С помощью этих данных нейтрино, мы непосредственно заглядываем в зарождение процесса, который генерирует большую часть солнечной энергии," - отметил Покар.

Солнце так же активно, как и 100 тысяч лет назад

И что еще более важно: впервые стало возможно определять текущую активность слияния, так как излучению, возникшему в результате этого процесса в недрах Солнца, требуется почти сто тысяч лет, пока оно не пройдет турбулентные слои светила и не окажется в космосе. Поэтому попадающий на Землю солнечный свет лишь показывает энергию Солнца в прошлом. Нейтрино же беспрепятственно в течение нескольких секунд проникают внутрь Солнца и показывают текущую картину процессов, происходящих сегодня внутри нашей звезды. "Так же, как глаза - зеркало души, эти нейтрино позволяют нам заглянуть во внутренний мир солнца – в его душу", - говорит Покар.

Источник: scinexx.de