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Una histórica detección de neutrinos revela el último secreto de la fusión nuclear en el Sol

La energía química de la que nos alimentamos y que precisamos para respirar, movernos o pensar procede del Sol. La energía que hace crecer las plantas y se libera en un incendio forestal, procede del Sol. La luz que ilumina los días y que mueve el viento, las nubes y las estaciones, procede del Sol. El Sol es una estrella a tan Solo ocho minutos y medio luz de la Tierra que acumula el 99,8% de la masa del sistema solar. Además es un orbe de unos 1.400 millones de kilómetros de diámetro que funciona Así tal como el más perfecto reactor nuclear de fusión que se pueda concebir. Pese a lo profundamente que se ha estudiado, Aún hay interrogantes sobre Algunas de las reacciones que ocurren en el núcleo de la estrella, un opaco corazón que se encuentra a unos 15 millones de grados de temperatura. Conocer estas reacciones es muy relevante tanto para comprender la materia en condiciones extremas De esta manera tal como la «vida íntima» de las otras estrellas de la galaxia. Un estudio últimamente presentado en la conferencia virtual Neutrino 2020, que Todavía no ha sido revisado por pares, ha anunciado un esencial descubrimiento sobre lo cual ocurre en el interior del Sol y que tiene relevancia tanto en el ámbito de la Física Además que el de la Astrofísica, Conforme ha informado «Nature.com». Científicos del experimento Borexino, en el Laboratorio Nacional del Enorme Sasso, en Italia, han detectado el último tipo de neutrino solar que quedaba por ubicar para demostrar experimentalmente todas y cada una de las reacciones nucleares que ocurren en el interior de la estrella. La última pieza del puzzle
El hallazgo, que se ha conseguido con un nivel de significación de cinco sigmas (lo que en Física equivale a un descubrimiento), confirma una hipótesis propuesta en 1938 y demuestra que dentro de la estrella ocurren «reacciones nucleares CNO», en las que hay implicados átomos de carbono (C), nitrógeno (N) y oxígeno (O BIEN). Lo más interesante es que esto aporta mucha data sobre la composición química y la temperatura interna del Sol. «Este descubrimiento coloca la última pieza primordial que faltaba para confirmar que comprendemos cómo funciona el Sol y, consecuentemente, muchas otras estrellas» «Este descubrimiento coloca la última pieza primordial que faltaba para confirmar que comprendemos de qué forma funciona el Sol y, consecuentemente, muchas otras estrellas», ha explicado a ABC David Bravo Berguño, físico teórico que ha trabajado A lo largo de una década en el experimento Borexino. En concreto: «Esta es la demuestra experimental de un segundo ciclo hipotético de reacciones nucleares alimentando al Sol», ha dicho a este periódico Gioacchino Ranucci, co-portavoz de este experimento. «Estas reacciones están basadas en carbono, nitrógeno y oxígeno, y a continuación sabemos que verdaderamente existen y están ocurriendo, Porque hemos detectado los neutrinos que proceden de ellas». El experimento Borexino. Es un escintilador, un detector que capta los fotones que libera la colisión de neutrinos con las 300 toneladas de líquido que se encuentran en su interior – https://bxopen.lngs.infn.it
Los neutrinos son unas partículas que fueron detectadas directamente Por vez primera en 1955. Son minúsculas, apenas tienen masa, viajan a la velocidad de la luz y casi no interaccionan con la materia, por lo cual nos atraviesan limpiamente, en su sendero A partir de sus fuentes naturales, Del mismo modo que estrellas lejanas, supernovas y, acerca de todo, el Sol. El bombardeo es incesante: cada segundo nos atraviesan 65.000 millones de ellas por centímetro cuadrado, Pero Sólo en un Sólo puñado de ocasiones un neutrino interacciona con los átomos que conforman nuestra materia. De ahí que son muy difíciles de advertir. Una ventana al interior del Sol
El experimento Borexino está especializado precisamente en localizar un amplio rango de neutrinos. Tal Del mismo modo que ha explicado David Bravo Berguño: «Este experimento es de los pocos detectores en funcionamiento que permite discernir los diversos “colores” o bien energías de los neutrinos y ver su arcoiris completo». De La misma manera que los neutrinos «contienen» información acerca de su origen, Debido a esta «radiografía a color» se puede estudiar qué reacciones de fusión se están produciendo en el interior del Sol. Las reacciones CNO son Del mismo modo que «una ventana adicional para estudiar la física del interior del Sol» Conforme Concepción González, Profesora de Investigacion ICREA en la Universidad de Barna y Profesora de la Universidad de Stony Brook (en EE.UU.), esos neutrinos producidos en las reacciones CNO pertenecen La misma manera que «una ventana adicional para estudiar la física del interior del Sol». a su vez, proporcionan data sobre lo cual ocurre en su corazón prácticamente en tiempo real: Puesto que los fotones generados en el interior del Sol tardan entre 10.000 y 100.000 años en llegar a la Tierra, los neutrinos Sólo tardan ocho minutos y medio. Esquema de Ciertas de las partes del Sol – ESA
En 2011 el experimento Borexino se dirigió el primero en ubicar los neutrinos procedentes de las reacciones de fusión nuclear mayoritarias del Sol: las reacciones de la cadena pp (protón-protón), que transforman átomos de hidrógeno en átomos de helio y que generan alrededor del 99% de la energía de la estrella. Y en 2018, midió Por vez primera todos los flujos de estos neutrinos. Pero faltaban las reacciones de fusión CNO (que implican átomos de carbono, nitrógeno y oxígeno, con un papel de catalizadores o facilitadores de las reacciones), predichas hace 92 años Pero jamás observadas directamente. La huella de la vida y muerte de las estrellas
Ahora, haber logrado observar pruebas de estas reacciones CNO no Solo completa el puzzle de la fusión del Sol, Sino más bien más bien que a su vez «es la primera evidencia de la composición química de su interior», en opinión de Aldo Serenelli, astrofísico especialista en estrellas y Científico Titular en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC). En concreto, lo interesante es que este flujo de neutrinos refleja la «abundancia de carbono y nitrógeno sumada en el núcleo», Conforme Serenelli. Esto está vinculado con la metalicidad, un parámetro de las estrellas que señala la abundancia de átomos más pesados que el hidrógeno y el helio, y que contiene data crucial sobre su origen y evolución. «Ahora mismo tenemos un problema por el hecho de que existe un duro debate en la comunidad acerca de la composición química del Sol», ha explicado Héctor Socas-Navarro, astrofísico solar del Colegio de Astrofísica de Canarias (IAC). «Es lo que se ha venido a llamar el “problema del modelo solar” o bien, en un caso especial, “la crisis del oxígeno solar”. Estos neutrinos podrían zanjar la discusión Porque son muy sensibles a la composición solar». Representación de una estrella gigante roja. Expulsa una parte de su envuelta y brilla Gracias a reacciones de fusión nuclear de tipo CNO, que en el Sol producen una mínima una parte de la energía – ESA
El discute es saber cuán abundantes eran y son en el Sol los átomos más pesados que el hidrógeno y el helio y que, en gran medida, provienen de estrellas que murieron en el pasado. En palabras de David Bravo Berguño, esas reacciones CNO «utilizan las cenizas de otras estrellas, entre las que está el carbono, el elemento en el que se basa la vida, Del mismo modo que mediador para generar su energía». De ahí que, todo esto, en su opinión, «afecta de forma directa a de qué forma entendemos la evolución estelar en el Universo Normalmente y con ella la formación planetaria y la abundancia de elementos aptos para la vida». «(Todo esto) afecta de forma directa a de qué forma entendemos la evolución estelar en el Universo Generalmente y con ella la formación planetaria y la abundancia de elementos aptos para la vida» Y no Sólo eso. Aunque estas reacciones CNO apenas produzcan el 1% de la energía del Sol, en otras estrellas son la forma mayoritaria por la que brillan. El ciclo CNO es el que hace brillar tanto a las estrellas que tienen una masa un 20 o un 30 POR CIENTO mayor que el Sol De este modo tal como a aquellas que ya están muriendo y se deshacen en capas que arrancan reacciones de fusión nuclear. El sitio más puro de la Tierra
Todas estas observaciones son resultado de un logro tecnológico sin igual. Borexino es La denominación de un experimento en el que los científicos han colocado 2.212 detectores en el interior de un enorme esférico de nylon, rellenado con casi 300 toneladas de un hidrocarburo líquido muy afín a la gasolina. Este detector es un escintilador y, Tal como tal, está especializado en atraer los fotones emitidos Cuando los neutrinos chocan con los electrones de los átomos de los hidrocarburos. Rastrear los neutrinos procedentes de las reacciones CNO ha obligado a investigar unas partículas de baja energía extremadamente difíciles de detectar: «Principalmente, el problema es que toda la radioactividad natural en la Tierra provoca De la misma forma neutrinos con energías similares», ha explicado Aldo Serenelli. Esquema del experimento Borexino. Los detectores captan los fotones liberados en el instante en que un neutrino choca con los hidrocarburos de los cuales está relleno el tanque. Una capa externa de agua amortigua la llegada de energía del exterior que interfiera con las observaciones – Nature
Por eso, en primer sitio, los científicos han trabajado Durante más de una década para eliminar todo el posible explosión de fondo: «Probablemente Borexino es, Desde el punto de vista del nivel de radioactividad, el sitio más puro de la Tierra, y con mucha diferencia», en opinión del astrofísico. El problema es que cualquier material tiene una radiactividad de fondo: «La radiación cósmica, el potasio de los plátanos, el granito de las encimeras… Y los materiales y componentes de Borexino Asimismo contienen su propia radiactividad», ha dicho David Bravo Berguño. «Todos los componentes sólidos internos fueron De la misma forma sometidos a selección estricta de materiales, ya naturalmente poco radiactivos, y a lavados muy exigentes para evitar emanaciones», ha explicado el investigador. Aun De esta forma, se detectó una contaminación causada por la presencia de plomo-210 radiactivo pegado al nylon y se Encontró polonio-210 que, al parecer, se dirigió incorporado por bacterias que lo procesaron en la red de tuberías. «Probablemente Borexino es, A partir de el punto de vista del nivel de radioactividad, el sitio más puro de la Tierra, y con mucha diferencia» De la misma forma de eso, Borexino esté diseñado en capas de cebolla: «Situado bajo una montaña, con Múltiples kms de roca en todas direcciones, (…) con el detector rodeado por un tanque de agua para filtrar emisiones radiactivas de la roca (…). Y, una vez dentro del detector, el hidrocarburo está dividido en tres campos concéntricos separados por globos de nylon ultrafinos, para filtrar las ligerísimas emanaciones», ha enumerado este experto. Todo esto ha hecho posible advertir unos neutrinos procedentes del Sol cuya señal es extremadamente débil: 10.000 millones de veces menor que la emitida por la radiactividad natural del agua potable. De ahí que, en opinión de David Bravo: «Extraer la señal de los neutrinos solares en Borexino es Al igual que distinguir el canto de un Sólo pájaro de una grabación del sonido Entorno en un Sólo aeropuerto». La vida útil de este detector llegará a su fin a finales del año en curso, A continuación de haber perdido muchos de sus detectores y de que Conjuntos ecologistas hayan forzado su cierre por la presencia de hidrocarburos en las proximidades del acuífero del macizo del Gran Sasso. Le continuará JUNO, un detector emplazado en China que va a contar un cantidad 70 veces mayor y que estará mas centrado en estudiar los neutrinos de reactores nucleares, con vistas a estudiar sus características básicas, De esta manera tal y como la masa, y que También va a poder estudiar los procedentes de futuras supernovas y los cuales se producen en el interior del mundo.