Расположенный на глубине 1400 метров под итальянским горным массивом Гран-Сассо детектор обеспечил международной команде исследователей наилучшую до сих пор возможность заглянуть в самое сердце Солнца. В рамках эксперимента Borexino впервые был получен цельно измеренный полный спектр нейтрино из недр нашего центрального светила. Данные подтверждают теоретическую модель, в соответствии с которой 99 процентов солнечной энергии происходит в результате ядерного процесса, получившего название протон-протонная цепочка. Но в то же время результаты указывают и на несоответствие в моделях развития Солнца, сообщает команда Borexino в научном журнале Nature.

Иллюстрация: © Borexino

«Нейтрино - это уникальные инструменты в физике Солнца», - говорят исследователи. Ведь своими телескопами астрономы могут наблюдать лишь поверхность Солнца, но туда созданная в солнечном ядре энергия попадает лишь через сотни тысяч лет после своего возникновения. В отличие от этого, возникающие при ядерной реакции нейтрино способны проникать сквозь солнечную материю практически беспрепятственно, а это значит, что они открывают прямой взгляд в самое сердце Солнца. Дело в том, что нейтрино вступают во взаимодействие с нормальной материей крайне слабо.

С другой же стороны, это свойство нейтрино весьма затрудняет их обнаружение на Земле - необходимы очень специфические и большие детекторы, спрятанные глубоко под слоями горных пород, где они защищены от помех со стороны других высокоэнергетических частиц. Borexino - это тонкостенный сферический нейлоновый баллон, наполненный 300 тоннами специальной сцинтилляционной жидкости. И атомы этой жидкости светятся при редких реакциях с нейтрино. А это свечение регистрируют около 2000 высокочувствительных световых детекторов, расположенных в стенке шара из нержавеющей стали, в который помещен баллон. Преимущество Borexino по сравнению с другими детекторами нейтрино заключается в следующем: он может регистрировать и подтверждать как высокоэнергетические, так и низкоэнергетические нейтрино, что обеспечивает полную и наглядную панораму всего энергетического спектра частиц.

Наиболее важным процессом синтеза в ядре Солнца является протон-протонная цепочка, которая начинается со слияния двух протонов и в конечном итоге путем различных реакций приводит к образованию гелия-4. Измерения Borexino подтверждают стандартную модель Солнца, в соответствии с которой 99 процентов солнечной энергии образуется именно из этой протон-протонной цепочки. Правда, некоторые реакции протон-протонной цепочки зависят от того, сколько элементов тяжелее гелия присутствуют в Солнце, и именно этот вопрос является причиной разногласий среди ученых.

Текущие спектроскопические определения содержания тяжелых элементов дают значение на 35 процентов ниже, чем предполагалось до сих пор. Но это более низкое значение ведет к возникновению противоречий с моделями развития и внутренней структуры Солнца, что в свою очередь полностью подтверждается измерениями колебаний нашей центральной звезды. Эти гелиосейсмологические данные лучше соответствуют более высоким значениям содержания тяжелых элементов. Данные Borexino также указывают на более высокую долю тяжелых элементов.

Нр это означает, что существуют ошибки - либо в современных спектроскопических методах, либо в моделях развития Солнца. Увы, пока что точности измерений Borexino еще недостаточно, чтобы решить эту дилемму. Но Borexino продолжает измерения, а исследователи надеются в ближайшее время подтвердить нейтрино и в другом процессе - CNO-цикле (CNO-цикл — термоядерная реакция превращения водорода в гелий, в которой углерод, кислород и азот выступают как катализаторы). Правда, CNO-цикл обеспечивает всего один процент солнечной энергии, но при этом он значительно сильнее зависит от доли тяжелых элементов, чем протон-протонная цепочка. А наблюдение нейтрино в CNO-цикле сможет в будущем помочь в определении доли тяжелых элементов внутри Солнца.