解密太陽核心!科學家成功探測並分辨「碳氮氧循環」產生的微中子

太陽是個超巨大核反應爐,每秒都有數以兆計的氫原子融合成氦原子,產生大量粒子與能量,照亮整個太陽系。氫原子融合成氦原子的方式有兩種:質子-質子鏈反應與碳氮氧循環。而根據標準太陽模型(standard solar model,SSM),太陽內部主要是質子-質子鏈反應,碳氮氧循環僅占 1.7%;而在質量更大的恆星中,碳氮氧循環的占比較高。

直到近年,科學界才成功分辨質子-質子鏈反應與碳氮氧循環的微中子

不管是質子-質子鏈還是碳氮氧循環,都會產生微中子。由於微中子只會受到重力與弱作用力的影響,因此產生之後,幾乎能不受阻的穿過太陽大氣層。透過探測微中子,科學家能獲得太陽核心的資訊。

地球上,平均每平方公分每秒會接收到 600 億個微中子。早在 1960 年代,科學家就成功探測到微中子,卻沒有能力分辨該微中子是由質子-質子鏈反應還是由碳氮氧循環產生。直到 2014 年,義大利的 Borexino 探測器才成功探測並分辨質子-質子鏈反應產生的微中子。

但與質子-質子鏈反應相比,占比僅 1.7% 的碳氮氧循環更難分辨。近期,Borexino 探測器終於成功探測並分辨出碳氮氧循環產生的微中子。地表上每平方公分每秒會接收到大約 7 億個碳氮氧循環產生的微中子,佔所有微中子數約 1%,與標準太陽模型預測的一致。研究團隊將論文發表在《Nature》期刊上。

這個發現,提供科學家研究太陽核心元素的契機。在天文學中,比氦重的元素為重元素,恆心核心重元素的比例會影響碳氮氧循環的速率,進而影響恆心的溫度與密度,再來影響恆星的演化過程。未來,研究團隊會嘗試提升 Borexino 探測器的精度,協助科學界研究太陽與恆星的演化過程。

參考資料

Nature》、《EurekAlert

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pxhere CC Licensed

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