Neutrinos provam que nosso Sol está passando por um segundo tipo de fusão em seu núcleo

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Detector solar de neutrino. (Créditos: Colaboração BOREXINO)

Traduzido por Julio Batista
Original de Brian Koberlein para o Universe Today

Como todas as estrelas, nosso Sol é alimentado pela fusão de hidrogênio em elementos mais pesados. A fusão nuclear não é apenas o que faz as estrelas brilharem, é também uma fonte primária dos elementos químicos que fazem o mundo ao nosso redor.

Muito de nossa compreensão da fusão estelar vem de modelos teóricos de núcleos atômicos, mas para nossa estrela mais próxima, também temos outra fonte: neutrinos criados no núcleo do Sol.

Sempre que os núcleos atômicos sofrem fusão, eles produzem não apenas raios gama de alta energia, mas também neutrinos. Enquanto os raios gama aquecem o interior do Sol ao longo de milhares de anos, os neutrinos são expelidos do Sol quase à velocidade da luz.

Os neutrinos solares foram detectados pela primeira vez na década de 1960, mas era difícil aprender muito sobre eles além do fato de que eram emitidos pelo Sol. Isso provou que a fusão nuclear ocorre no Sol, mas não o tipo de fusão.

Segundo a teoria, a forma dominante de fusão no Sol deveria ser a fusão de prótons que produz o hélio a partir do hidrogênio. Conhecida como cadeia pp (próton-próton), é a reação mais fácil para as estrelas criarem.

Para estrelas maiores com núcleos mais quentes e densos, uma reação mais poderosa conhecida como ciclo CNO é a fonte dominante de energia. Essa reação usa hidrogênio em um ciclo de reações com carbono, nitrogênio e oxigênio para produzir hélio.

O ciclo CNO é parte da razão pela qual esses três elementos estão entre os mais abundantes no Universo (exceto hidrogênio e hélio).

O ciclo CNO começa em temperaturas mais altas. Tradução da imagem: cadeia pp (PP chain); ciclo CNO (CNO cycle); triplo-α (triple α); Sol (Sun). (Créditos: RJ Hall)

Na última década, os detectores de neutrinos tornaram-se muito eficientes. Os detectores modernos também são capazes de detectar não apenas a energia de um neutrino, mas também seu sabor.

Agora sabemos que os neutrinos solares detectados nos primeiros experimentos não vêm dos neutrinos comuns de cadeia pp, mas de reações secundárias, como o decaimento do boro, que cria neutrinos de alta energia que são mais fáceis de detectar.

Então, em 2014, uma equipe detectou neutrinos de baixa energia produzidos diretamente pela cadeia pp. Suas observações confirmaram que 99% da energia do Sol é gerada pela fusão próton-próton.

Os níveis de energia de vários neutrinos solares. Tradução da imagem: na vertical, o fluxo em 1 UA (unidade astronômica) […] para linhas […] (flux at 1 AU […] for lines […]); na horizontal inferior: energia do neutrino (neutrino energy). (Créditos: HERON/Universidade Brown)

Enquanto a cadeia pp domina a fusão no Sol, nossa estrela é grande o suficiente para que o ciclo CNO ocorra em um nível baixo. Deve ser o responsável por aquele 1 por cento extra da energia produzida pelo Sol.

Mas como os neutrinos do ciclo CNO são raros, eles são difíceis de detectar. Mas recentemente uma equipe os observou com sucesso.

Um dos maiores desafios com a detecção de neutrinos do ciclo CNO é que seu sinal tende a ficar oculto no ruído de neutrino terrestre. A fusão nuclear não ocorre naturalmente na Terra, mas baixos níveis de decomposição radioativa de rochas terrestres podem desencadear eventos em um detector de neutrino que são semelhantes às detecções de neutrino do ciclo CNO.

Portanto, a equipe criou um processo de análise sofisticado que filtra o sinal de neutrino de falsos positivos. Seu estudo confirma que a fusão CNO ocorre dentro de nosso Sol em níveis previstos.

O ciclo CNO desempenha um papel menor em nosso Sol, mas é central para a vida e evolução de estrelas mais massivas.

Este trabalho deve nos ajudar a entender o ciclo das grandes estrelas e pode nos ajudar a entender melhor a origem dos elementos mais pesados ​​que tornam a vida na Terra possível.