Благодаря нейтринному детектора Borexino удалось зафиксировать нейтрино, образующиеся в недрах Солнца в результате нестандартных термоядерных процессов, свойственных звёздам большей массы.
На итальянском детекторе нейтрино Borexino работает большая международная коллаборация ученых, в числе которых немало и представителей России. Главной задачей проекта, запущенного в 2007 году, было обнаружение нейтрино, возникающих в ходе протон-протонного цикла — ключевого процесса термоядерного синтеза, благодаря которому на Солнце происходит слияние ядер водорода в гелий с высвобождением примерно 99% всей энергии, излучаемой звездой.
Важные открытия были сделаны в начале 2010-х годов, и в 2020 году планировалось завершить проект. Однако недавнее открытие, сделанное в рамках сотрудничества Borexino сообщает в журнале Nature, что, вероятно, станет причиной продолжения его эксплуатации. В этот раз ученым удалось зафиксировать сигнал нейтрино CNO-цикла, в альтернативном пути слияния водорода задействованы атомы углерода, азота и кислорода. Для звезд, подобных Солнцу, CNO-цикл играет второстепенную роль, однако в более массивных звездах он становится основным.
В ходе этих реакций атомы углерода, азота и кислорода, являясь «тяжелыми» элементами, выступают в роли катализаторов, а нейтрино с определенными характеристиками образуются как побочные продукты. Эти сверхлегкие частицы практически не взаимодействуют с материей, и хотя Солнце непрерывно излучает потоки нейтрино, большая их часть свободно проходит сквозь наше тело и через всю Землю.
Нейтрино детектируются крайне редко, поскольку для регистрации требуется случайное столкновение с обычными частицами, сопровождаемое кратковременным свечением. В эксперименте Borexino для этой цели используется 300 тонн жидкого сцинтиллятора, окруженного многочисленными защитными слоями и оснащенного системой из 2200 фотоумножителей. Анализ отдельных зарегистрированных событий позволяет постепенно накапливать статистические данные и все более эффективно отделять полезный сигнал от случайного фона. Благодаря регистрации нейтрино, образующихся в CNO-цикле, работа Borexino, вероятно, будет продлена для сбора необходимого объема информации.
Существенным признаком любой звезды является ее металличность — содержание элементов, тяжелее водорода и гелия, влияет на протекающие в недрах термоядерные реакции и эволюцию звезды. Однако, значение металличности Солнца, определенное по спектральному анализу излучения, исходящего с его поверхности, не соответствует данным о металличности недр звезды, полученным с использованием косвенных методов, например, астросейсмологии.
Изучение продолжительности CNO-цикла на Солнце может предоставить дополнительные сведения о содержании металлов в его внутреннем строении, однако для этого требуется сбор большего объема данных и регистрация большего числа трудноуловимых нейтрино. В связи с этим ученые планируют продлить работу проекта Borexino на 2021 год, а возможно — и до 2022-го.