Tecnologia Científica

Neutrinos rendem a primeira evidência experimental de fusão catalisada dominante em muitas estrelas
Cientistas relatam na Nature esta semana a deteca§a£o de neutrinos do sol, revelando diretamente pela primeira vez que o carbono-nitrogaªnio-oxigaªnio ( CNO) o ciclo de fusão estãotrabalhando em nosso sol.
Por University of Massachusetts Amherst - 26/11/2020


O detector Borexino em combinação com o sol. Crédito: Borexino Collaboration / Maxim Gromov

Uma equipe internacional de cerca de 100 cientistas da Colaboração Borexino, incluindo a física departículas Andrea Pocar da Universidade de Massachusetts Amherst, relatou na Nature esta semana a detecção de neutrinos do sol, revelando diretamente pela primeira vez que o carbono-nitrogaªnio-oxigaªnio ( CNO) o ciclo de fusão estãotrabalhando em nosso sol.

O ciclo CNO éa fonte de energia dominante, fornecendo energia a s estrelas mais pesadas do que o Sol, mas atéagora nunca foi detectado diretamente em nenhuma estrela, explica Pocar.

Durante grande parte de sua vida, as estrelas obtem energia fundindo hidrogaªnio em hanãlio, acrescenta. Em estrelas como o nosso Sol ou mais claras, isso acontece principalmente por meio das cadeias 'pra³ton-pra³ton'. No entanto, muitas estrelas são mais pesadas e quentes que o nosso Sol e incluem elementos mais pesados ​​que o hanãlio em sua composição, uma qualidade conhecida como metalicidade. A previsão desde a década de 1930 éque o ciclo CNO serádominante em estrelas pesadas.

Neutrinos emitidos como parte desses processos fornecem uma assinatura espectral que permite aos cientistas distinguir aqueles da 'cadeia pra³ton-pra³ton' daqueles do 'ciclo CNO.' Pocar ressalta: "A confirmação da queima do CNO em nosso sol, onde opera a apenas um por cento, reforça nossa confianção de que entendemos como as estrelas funcionam".

Além disso, os neutrinos CNO podem ajudar a resolver uma importante questãoem aberto na física estelar, acrescenta. Ou seja, como a metalicidade central do sol, que são pode ser determinada pela taxa de neutrino CNO do núcleo, estãorelacionada a  metalicidade em outras partes de uma estrela. Os modelos tradicionais encontraram uma dificuldade - as medidas de metalicidade desuperfÍcie por espectroscopia não concordam com as medidas de metalicidade de subsuperfa­cie inferidas de um manãtodo diferente, as observações de heliosismologia.

Pocar diz que os neutrinos são realmente a única sonda direta que a ciência tem para o núcleo das estrelas , incluindo o Sol, mas são extremamente difa­ceis de medir. Até420 bilhaµes deles atingem cada centa­metro quadrado dasuperfÍcie da Terra por segundo, mas praticamente todos passam sem interagir. Os cientistas são podem detecta¡-los usando detectores muito grandes com na­veis de radiação de fundo excepcionalmente baixos.

O detector Borexino fica nas profundezas dos Apeninos, no centro da Ita¡lia, no
Laboratori Nazionali del Gran Sasso do INFN. Ele detecta neutrinos como flashes
de luz produzidos quando os neutrinos colidem com elanãtrons em 300 toneladas
de cintilador orga¢nico ultra-puro. Crédito: Colaboração Borexino

O detector Borexino fica nas profundezas dos Apeninos, no centro da Ita¡lia, no Laboratori Nazionali del Gran Sasso do INFN. Ele detecta neutrinos como flashes de luz produzidos quando os neutrinos colidem com elanãtrons em 300 toneladas de cintilador orga¢nico ultra-puro. Sua grande profundidade, tamanho e pureza tornam o Borexino um detector aºnico para esse tipo de ciaªncia, o aºnico em sua classe para radiação de fundo de baixa, diz Pocar. O projeto foi iniciado no ini­cio dos anos 1990 por um grupo de fa­sicos liderados por Gianpaolo Bellini na Universidade de Mila£o, Frank Calaprice em Princeton e o falecido Raju Raghavan na Bell Labs.
 
Atésuas últimas detecções, a colaboração Borexino tinha medido com sucesso os componentes dos fluxos de neutrino solar ' pra³ton-pra³ton ', ajudou a refinar os parametros de oscilação do sabor do neutrino e, o mais impressionante, mediu atéa primeira etapa do ciclo: a energia muito baixa neutrinos pp ', lembra Pocar.

Seus pesquisadores sonhavam em expandir o escopo da ciência para também procurar neutrinos CNO - em uma regia£o espectral estreita com fundo particularmente baixo - mas o praªmio parecia fora de alcance. No entanto, grupos de pesquisa em Princeton, Virginia Tech e UMass Amherst acreditavam que os neutrinos CNO ainda poderiam ser revelados usando as etapas de purificação adicionais e manãtodos que desenvolveram para realizar a estabilidade requintada do detector necessa¡ria.

Ao longo dos anos e graças a uma sequaªncia de movimentos para identificar e estabilizar as origens, os cientistas dos EUA e toda a colaboração foram bem-sucedidos. "Além de revelar os neutrinos CNO, que éo assunto do artigo desta semana na Nature, agora existe atémesmo um potencial para ajudar a resolver o problema de metalicidade também", diz Pocar.

Antes da descoberta de neutrinos do CNO, o laboratório havia programado o Borexino para encerrar as operações no final de 2020. Mas como os dados usados ​​na análise para o artigo da Nature foram congelados, os cientistas continuaram coletando dados, já que a pureza central continuou a melhorar, tornando um novo resultado focado na metalicidade uma possibilidade real, diz Pocar. A coleta de dados pode se estender até2021, uma vez que a loga­stica e as autorizações necessa¡rias, enquanto em andamento, não são triviais e demoradas. “Cada dia a mais ajuda”, comenta.

Pocar estãocom o projeto desde seus dias de pós-graduação em Princeton no grupo liderado por Frank Calaprice, onde trabalhou no projeto, construção da embarcação de na¡ilon e comissionamento do sistema de manuseio de fluidos. Mais tarde, ele trabalhou com seus alunos na UMass Amherst na análise de dados e, mais recentemente, em técnicas para caracterizar os fundos para a medição de neutrino CNO.

 

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