Neutrinos solares raros são detectados pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/11/2020

O laboratório precisa ficar no subsolo para ser protegido dos raios cósmicos e outras interferências.
[Imagem: Borexino Collaboration]

Processos de fusão nuclear nas estrelas

Cientistas da Colaboração Borexino, um laboratório subterrâneo localizado na Itália, coletaram a primeira prova experimental da ocorrência do chamado "ciclo CNO" no Sol: Eles conseguiram detectar diretamente os neutrinos gerados durante esse processo de fusão.

As estrelas são gigantescos reatores de fusão, gerando energia pela conversão contínua de hidrogênio em hélio - um processo também conhecido como "queima de hidrogênio". Essencialmente, isso envolve dois tipos de processos.

Por um lado, existe a reação próton-próton (reação pp), que começa com a fusão direta de dois núcleos de hidrogênio para criar o isótopo de hidrogênio intermediário, o deutério, a partir do qual o hélio é então formado.

Por outro lado, os elementos mais pesados, como carbono (C), nitrogênio (N) e oxigênio (O), estão envolvidos no segundo tipo de cadeia de reação de fusão, conhecido como ciclo CNO, os símbolos dos elementos químicos envolvidos - essa rota também é conhecida como ciclo de Bethe-Weizsacker.

Enquanto a reação pp é predominante em estrelas menores, como o nosso Sol, o ciclo CNO é o principal processo de geração de energia em estrelas mais massivas e mais quentes. Agora se confirmou que o processo também ocorre nas estrelas menores.

Neutrinos solares

Como acontece com todos os processos de fusão, além do hélio e das enormes quantidades de energia que fazem as estrelas brilharem, é produzida uma quantidade enorme de neutrinos.

Esses neutrinos chegam à Terra aos bilhões e normalmente passam por nós e pelo planeta inteiro sem sequer se desviar - estimativas indicam que um neutrino pode viajar por um cubo de chumbo de um ano-luz de aresta sem trombar com nenhum átomo.

Foi por isso que foi construído o detector Borexino, um tanque com 278 toneladas de cintilador líquido ultrapuro, que detecta neutrinos solares quando eles colidem com elétrons no cintilador. Conforme o elétron recua pelo impacto, ele produz luz, que é capturada por uma série de fotomultiplicadores.

Apesar do enorme fluxo de neutrinos solares que passa pelo observatório a cada momento, as colisões só acontecem muito raramente, e apenas algumas dezenas de neutrinos são detectadas diariamente.

Embora já tenham sido detectados neutrinos originados de várias reações ao longo da cadeia pp nos últimos anos, só agora os físicos conseguiram obter assinaturas inequívocas de neutrinos liberados pelo ciclo CNO, que são significativamente mais raros.

Os dados permitiram calcular que cerca de 700 milhões de neutrinos CNO atravessam cada centímetro quadrado do nosso planeta a cada segundo - mas isso representa apenas um centésimo do número total de neutrinos solares.

Do que é feito o núcleo das estrelas?

Os físicos consideram estes resultados um marco importante na busca por uma melhor compreensão dos processos de fusão nuclear que alimentam não apenas o nosso Sol, mas também as estrelas massivas.

E também ajudam a calcular quais os elementos que compõem o núcleo das estrelas, particularmente no que diz respeito à frequência com que elementos mais pesados - como carbono, nitrogênio e oxigênio - podem ser encontrados no plasma solar, além de hidrogênio e hélio - os pesquisadores chamam isso de metalicidade.

Os neutrinos podem ser nossos únicos guias para nos ajudar a descobrir isso, uma vez que os modelos tradicionais não nos deram uma resposta até agora - as medidas de metalicidade de superfície por espectroscopia não batem com as medidas de metalicidade de subsuperfície inferidas pela heliossismologia.

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