解密太阳核心!科学家成功探测并分辨“碳氮氧循环”产生的微中子

太阳是个超巨大核反应炉,每秒都有数以万亿计的氢原子融合成氦原子,产生大量粒子与能量,照亮整个太阳系。氢原子融合成氦原子的方式有两种:质子-质子链反应与碳氮氧循环。而根据标准太阳模型(standard solar model,SSM),太阳内部主要是质子-质子链反应,碳氮氧循环仅占1.7%;而在质量更大的恒星中,碳氮氧循环的占比较高。

直到近年,科学界才成功分辨质子-质子链反应与碳氮氧循环的微中子

不管是质子-质子链还是碳氮氧循环,都会产生微中子。由于微中子只会受到重力与弱作用力的影响,因此产生之后,几乎能不受阻的穿过太阳大气层。通过探测微中子,科学家能获得太阳核心的信息。

地球上,平均每平方厘米每秒会接收到600亿个微中子。早在1960年代,科学家就成功探测到微中子,却没有能力分辨该微中子是由质子-质子链反应还是由碳氮氧循环产生。直到2014年,意大利的Borexino探测器才成功探测并分辨质子-质子链反应产生的微中子。

但与质子-质子链反应相比,占比仅1.7%的碳氮氧循环更难分辨。近期,Borexino探测器终于成功探测并分辨出碳氮氧循环产生的微中子。地表上每平方厘米每秒会接收到大约7亿个碳氮氧循环产生的微中子,占所有微中子数约1%,与标准太阳模型预测的一致。研究团队将论文发布在《Nature》期刊上。

这个发现,提供科学家研究太阳核心元素的契机。在天文学中,比氦重的元素为重元素,恒心核心重元素的比例会影响碳氮氧循环的速率,进而影响恒心的温度与密度,再来影响恒星的演化过程。未来,研究团队会尝试提升Borexino探测器的精度,协助科学界研究太阳与恒星的演化过程。

参考资料

《Nature》、《EurekAlert》