太阳CNO聚变循环产生中微子

博瑞西诺不锈钢球体育太阳的艺术合成照 图片来源:Maxim Gromov和博瑞西诺合作组织

11月26日,《自然》发表的一篇论文报道检测到了太阳次要聚变循环产生的中微子。测量这些中微子可以为了解太阳结构和太阳核心内的元素丰度提供新线索。恒星的能量来自于氢到氦的核聚变,这通过两个过程发生:质子-质子链反应(pp)和碳氮氧循环(CNO),前者只涉及氢氦同位素,后者靠碳氮氧催化聚变。

质子-质子链反应是与太阳大小类似的恒星的主要能量产生方式,约占全部生产能量的99%,这一点已得到广泛研究。研究碳氮氧循环更具有挑战性,因为通过这种机制产生的中微子每天只比背景信号多几个而已。

博瑞西诺合作组织报道检测到了太阳碳氮氧聚变循环期间发射出的中微子,且具有高统计显著性。他们使用的是意大利格兰萨索国家实验室高灵敏度的博瑞西诺检测器,它能够排除或解释大部分的背景噪音源。作者表示,这些结果代表了第一个已知的关于碳氮氧循环的直接实验证据,证明碳氮氧循环贡献了1%左右的太阳能量(符合理论预测)。

作者提出,测量碳氮氧聚变产生的中微子,可以确定恒星中碳氮氧的丰度。据信,碳氮氧循环对质量大于太阳的恒星的能量生产具有更大的贡献。了解恒星中重量大于氦的元素的丰度(即金属性)有助于我们了解不同恒星的主导能量来源。

在相应的“新闻与观点”文章中,美国加州大学伯克利分校的Gabriel Orebi Gann说:“博瑞西诺合作组织的工作让我们能够更进一步地全面认识太阳和大质量恒星的形成,或许会定义未来几年这个领域的研究目标。”

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