Primera confirmación observacional de la historia, del ciclo CNO en una estrella

[AlbertR]

El ciclo CNO (carbono-nitrógeno-oxígeno), también llamado ciclo de Bethe-Weizsäcker, es una de las 2 reacciones nucleares de fusión por las que las estrellas convierten hidrógeno en helio, siendo la otra la cadena protón-protón. Aunque la cadena protón-protón es la más importante en las estrellas de la masa del Sol o menor, los modelos teóricos muestran que el ciclo CNO debe ser la fuente de energía dominante en las estrellas más masivas. El proceso CNO fue propuesto en 1938 por Hans Bethe pero hasta ahora nunca se había detectado directamente en ninguna estrella.

 

Han tenido que transcurrir 82 años hasta que anteayer se publicase en la prestigiosa Nature el artículo Evidencia experimental de neutrinos producidos en el ciclo de fusión de CNO en el Sol. Dice en el abstract:

 

Durante la mayor parte de su existencia, las estrellas se alimentan de la fusión de hidrógeno en helio. La fusión se produce a través de dos procesos que se comprenden bien en teoría: la cadena protón-protón ( pp ) y el ciclo carbono-nitrógeno-oxígeno (CNO). Los neutrinos que se emiten a lo largo de tales procesos de fusión en el núcleo solar son la única sonda directa del interior profundo del Sol. Previamente se ha realizado un estudio espectroscópico completo de los neutrinos de la cadena pp, que produce aproximadamente el 99% de la energía solar; sin embargo, no se había informado de evidencia experimental del ciclo CNO. Aquí reportamos la observación directa, con una alta significancia estadística, de neutrinos producidos en el ciclo de CNO en el Sol. Esta evidencia experimental se obtuvo utilizando el detector de centelleo líquido de gran volumen, altamente radiopuro de Borexino, un experimento ubicado en el Laboratori Nazionali del Gran Sasso subterráneo en Italia.

 

 

El principal desafío experimental fue identificar el exceso de señal (solo unos pocos recuentos por día por encima del fondo, por 100 toneladas de objetivo) que se atribuye a las interacciones de los neutrinos CNO. Los avances en la estabilización térmica del detector durante los últimos cinco años nos permitieron desarrollar un método para limitar la tasa de bismuto-210 que contamina el centelleador.

 

En el ciclo de CNO, la fusión de hidrógeno es catalizada por carbono, nitrógeno y oxígeno, por lo que su velocidad, así como el flujo de neutrinos CNO emitidos, depende directamente de la abundancia de estos elementos en el núcleo solar. Por lo tanto, este resultado allana el camino hacia una medición directa de la metalicidad solar utilizando neutrinos CNO. Estos hallazgos cuantifican la contribución relativa de la fusión de CNO en el Sol del orden del 1 por ciento; sin embargo, en las estrellas masivas, este es el proceso dominante de producción de energía. Este trabajo proporciona evidencia experimental del mecanismo principal para la conversión estelar de hidrógeno en helio en el Universo.

 

Los neutrinos emitidos como parte de estos procesos proporcionan una firma espectral que permite a los científicos distinguir los de la 'cadena protón-protón' de los del 'ciclo CNO' La confirmación de que CNO arde en nuestro Sol, (en este experimento la ausencia de señal de CNO está desfavorecida en 5σ) donde opera a solo el uno por ciento, refuerza nuestra confianza en que entendemos cómo funcionan las estrellas. Los neutrinos CNO pueden ayudar a resolver una importante cuestión abierta en la física estelar: cómo la metalicidad central del sol, que solo puede ser determinada por la tasa de neutrinos CNO del núcleo, está relacionada con la metalicidad en otras partes de la estrella. Los modelos tradicionales han tropezado con una dificultad: las medidas de metalicidad de la superficie por espectroscopia no concuerdan con las medidas de metalicidad del subsuelo inferidas de un método diferente, las observaciones de heliosismología.

 

 

El preprint en arxiv: First Direct Experimental Evidence of CNO neutrinos. Artículos de divulgación, en Nature Neutrino detection gets to the core of the Sun y en la Universidad de Massachusetts Amherst Neutrinos Yield First Experimental Evidence of Catalyzed Fusion Dominant in Many Stars

 

Saludos.

 

PD: La Mula Francis comentó el preprint en " Borexino excluye a cinco sigmas que no existan los neutrinos solares del ciclo CNO "

 

Editado 27 de Noviembre del 2020 por AlbertR

[luisitogana]

Estimados compañeros/as del foro: 

 

Por si alguno todavía no le conoce, ¡¡éste es el amigo Albert!! Suerte que tenemos de tener a este comentarista de lujo   completamente gratis.

 

Es posible que esta noticia se cubra también en la página donde nos conocimos, querido amigo. Lo primero que he hecho es buscar información para saber qué reacciones se producen en el ciclo CNO y he encontrado un resumen en Wikipedia que espero sea correcto:

 

Modelo: 126C donde 12 es el número másico y 6 es el número de protones.

Las reacciones del ciclo CNO son:1

126C + ¹1H→137N + γ+1,95 MeV

137N→136C + e+ + νe+1,37 MeV

136C + ¹1H→147N + γ+7,54 MeV

147N + ¹1H→158O + γ+7,35 MeV

158O→157N + e+ + νe+1,86 MeV

Rama 1 (99,96% de todos las reacciones):

157N + 11H→126C + 42He+4,96 MeV

El resultado neto del ciclo es la fusión de cuatro protones en una partícula alfa y dos positrones y dos neutrinos, liberando energía en forma de rayos gamma. Los núcleos de carbono, oxígeno y nitrógeno sirven como catalizadores y se regeneran en el proceso.

 

Abraçada!

 

 

[Julian Casal]

Siempre leo a Albert, debido a la calidad de sus posteos.

[fsr]

Desde ya, que se agradece el aporte. Lamentablemente no puedo comentar mucho que digamos sobre astrofísica, pero se entiende que es una confirmación muy importante sobre el funcionamiento de una estrella.