Confermato, per la prima volta, ciclo carbonio azoto e ossigeno nel Sole



    Il team di ricercatori dell'esperimento Borexino è riuscito a rilevare per la prima volta i neutrini nel secondo processo di fusione del Sole, il ciclo carbonio azoto ossigeno (ciclo CNO, Carbon - Nitrogen - Oxygen). Ciò significa che tutte le previsioni teoriche relative al modo in cui l'energia viene generata all'interno del Sole sono state ora verificate sperimentalmente. I risultati sono il risultato di anni di sforzi dedicati a portare sotto controllo le sorgenti nella gamma di energia dei neutrini del ciclo CNO.

    Il Sole genera la sua energia attraverso la fusione dell'idrogeno in elio. Ciò avviene in due modi: la maggior parte dell'energia, circa il 99%, proviene da un processo di fusione e decadimento che inizia con due nuclei di idrogeno e termina con un nucleo di elio. Questo processo è indicato come catena pp (protone-protone).

    Il resto dell'energia risulta da un ciclo in cui un totale di quattro nuclei di idrogeno alla fine si combinano per formare un nucleo di elio con l'aiuto di carbonio, azoto e ossigeno che agiscono da catalizzatori e prodotti intermedi. Nelle stelle più grandi del nostro Sole la maggior parte dell'energia generata è generata da questo secondo processo, indicato come processo CNO a causa del coinvolgimento di carbonio, azoto e ossigeno.

    Rivelatore BorexinoIl resto dell'energia risulta da un ciclo in cui un totale di quattro nuclei di idrogeno alla fine si combinano per formare un nucleo di elio con l'aiuto di carbonio, azoto e ossigeno come catalizzatori e prodotti intermedi. Nelle stelle più grandi del nostro Sole la maggior parte dell'energia generata è generata da questo secondo processo, indicato come processo CNO a causa del coinvolgimento di carbonio, azoto e ossigeno.

    Prova del ciclo di fusione postulata negli anni '30

    Questo secondo ciclo fu postulato come un'altra fonte di energia solare negli anni '30 dai fisici Hans Bethe e Carl Friedrich von Weizsäcker indipendentemente l'uno dall'altro, ma non era stato confermato sperimentalmente fino ad ora.

    I fisici che lavorano all'Esperimento Borexino nel laboratorio sotterraneo in profondità sotto il Gran Sasso sono riusciti per la prima volta a dimostrare la presenza di questo ciclo basato sui neutrini che produce.

    Diversi anni fa il team Borexino experiment presentò per la prima volta un'indagine generale sui processi di fusione della catena pp usando i suoi neutrini. Gli scienziati del dipartimento di fisica dell'Università Tecnica di Monaco (TUM) sono stati coinvolti direttamente in entrambi i processi di misurazione.

     

    L'interferenza ha oscurato il segnale fino ad ora

    A causa della loro distribuzione dell'energia, i neutrini del ciclo CNO erano difficili da distinguere da quelli generati dal decadimento radioattivo di minuscole tracce di altri elementi. Principalmente il bismuto-210 sulla superficie della parete del rivelatore era responsabile dell'occultamento dei segnali del ciclo CNO.

    A causa dei movimenti di convezione, questi contaminanti sono entrati nel liquido del rivelatore. Per eliminare il disturbo, la convezione all'interno del rivelatore Borexino è stata fermata, si è trattato di qualcosa di estremamente elaborato dal punto di vista tecnico.

    "Per molto tempo ho pensato che non sarebbe mai stato possibile effettuare con successo questa misurazione", scrive Stefan Schönert, professore di fisica sperimentale delle astroparticelle presso TU Monaco. "Ma sei anni di duro lavoro hanno dato i loro frutti e ora abbiamo dimostrato la presenza del segnale di neutrini CNO per la prima volta."

    Nuove prove sulla metallicità del Sole

    Questi risultati confermano non solo le previsioni teoriche sui due processi di fusione del Sole, ma forniscono anche prove riguardanti la metallicità del Sole, cioè i livelli di concentrazione dei nuclei che sono più pesanti dell'idrogeno e dell'elio.

    Diversi metodi investigativi astrofisici hanno generato risultati diversi negli anni passati. "I nuovi risultati conseguiti dal team borexino ora supportano osservazioni con valori di metallicità più elevati", scrive il Prof. Lothar Oberauer dell'Università Tecnica di Monaco.

    Ciò è particolarmente importante nel contesto delle proprietà fondamentali delle stelle come le loro dimensioni, temperatura, luminosità e durata, che sono determinate dal grado di metallicità. Comprendere la composizione chimica del Sole è quindi essenziale per comprendere le proprietà di tutte le stelle.