Het Borexino-experiment detecteerde deeltjes uit het op één na belangrijkste fusieproces van onze ster
Neutrino’s van het op één na meest prominente kernfusieproces van de zon zijn opgemerkt in de Borexino-detector (binnenin weergegeven met lichtdetecterende sensoren).
Neutrino’s worden uitgespuugd door de belangrijkste processen die de zon aandrijven en worden eindelijk verantwoord, melden natuurkundigen.
Twee sets kernfusiereacties overheersen in de kern van de zon en beide produceren de lichtgewicht subatomaire deeltjes in overvloed. Wetenschappers hadden eerder neutrino’s gedetecteerd van het meest voorkomende proces. Nu zijn voor het eerst neutrino’s uit de tweede reeks reacties opgemerkt, zeiden onderzoekers met het Borexino-experiment op 23 juni in een toespraak op de Neutrino 2020 virtuele bijeenkomst.
“Met deze uitkomst heeft Borexino de twee processen die de zon aandrijven volledig ontrafeld”, zegt natuurkundige Gioacchino Ranucci van het Italiaanse Nationale Instituut voor Kernfysica in Milaan.
In de kern van de zon versmelt waterstof op twee manieren tot helium. Een daarvan, bekend als de proton-proton-ketting, is de bron van ongeveer 99 procent van de energie van de ster. De andere groep fusiereacties is de CNO-cyclus, voor koolstof, stikstof en zuurstof – elementen die ervoor zorgen dat de reacties doorgaan. Borexino had eerder neutrino’s gezien uit de proton-proton-keten (SN: 1-9-14). Maar tot nu toe waren neutrino’s uit de CNO-cyclus MIA.
‘Ze staan bovenaan ieders lijst om te proberen te identificeren en te herkennen’, zegt natuurkundige Malcolm Fairbairn van King’s College London. “Nu denken ze dat ze ze hebben opgemerkt, wat een geweldige prestatie is, echt een uiterst moeilijke meting om te doen.”
Diep in het ondergrondse laboratorium van het Gran Sasso-laboratorium in Italië zoekt Borexino naar lichtflitsen die worden geproduceerd als neutrino’s in elektronen kloppen in een groot vat met vloeistof. Onderzoekers hebben jarenlang het experiment verfijnd om de ongrijpbare neutrino’s te detecteren die de CNO-cyclus inluiden. Hoewel ze moeilijk waarneembaar zijn, zijn er veel deeltjes, bevestigde Borexino. Op aarde passeren ongeveer 700 miljoen neutrino’s van de CNO-cyclus van de zon elke seconde een vierkante centimeter, rapporteren de onderzoekers.
Het resultaat, dat voor het eerst op de virtuele bijeenkomst wordt gepresenteerd, moet nog steeds de hindernis voor peer review in een wetenschappelijk tijdschrift wegnemen voordat het volledig officieel is.
Het bestuderen van deze deeltjes zou kunnen helpen onthullen hoeveel van de zon is samengesteld uit elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium, een eigenschap die bekend staat als metalliciteit. Dat komt omdat de snelheid waarmee CNO-cyclusneutrino’s worden geproduceerd, afhangt van het zonnegehalte van koolstof, stikstof en zuurstof. Verschillende soorten metingen zijn het momenteel niet eens over de metalliteit van de zon, waarbij de ene techniek een hogere metalliciteit suggereert dan de andere. In de toekomst zouden meer gevoelige metingen van CNO-neutrino’s wetenschappers kunnen helpen het probleem te ontrafelen.
De CNO-cyclus is nog belangrijker bij sterren die zwaarder zijn dan de zon, waar dit het belangrijkste fusieproces is. Het bestuderen van deze cyclus in de zon kan natuurkundigen helpen de innerlijke werking van andere sterren te begrijpen, zegt Zara Bagdasarian, natuurkundige aan de University of California, Berkeley en lid van de Borexino Collaboration. ‘Het is voor ons erg belangrijk om te begrijpen hoe de zon werkt.’