usdt支付平台(caibao.it):来自太阳的“幽灵粒子” 证实“胖子”恒星的产能方式

意大利拉奎拉镇,亚平宁山脉地下1000米深处,一个装有近300吨液态烃的大罐子,正在静静地守候,守候着1.5亿千米之外的太阳释放一种“幽灵粒子”——中微子。

这种中微子来自太阳碳氮氧聚变循环。80年前,有科学家提出了碳氮氧循环的理论,这种碳氮氧循环反映是太阳次要的核聚变方式,它发生的能量还不足太阳整体能量的1%,但它却被以为是较大型恒星的主要能量泉源。

80年来,世界各国的科学家都在想尽办法去证实太阳碳氮氧聚变循环的存在,直到最近才有了谜底。

11月25日,《自然》杂志揭晓论文称,科学家通过高灵敏度检测器检测到了太阳碳氮氧聚变循环发生的中微子。对于这些中微子的丈量,可以更好地辅助我们解太阳结构和太阳核心内的元素丰度,进一步领会差别恒星的主导能量泉源。

恒星产能方式有两种

艳阳天虽好,但出门嬉戏的人,往往需要提前做好防晒准备。在科学家的眼中,看到的则是为什么太阳在1.5亿千米之外发出的光线都能晒伤我们的皮肤。19世纪末的物理学家异常迫切地想知道,为太阳这样一个伟大“火球”提供能源的,到底是什么。

今天,我们领会到,太阳源源不停地释放能量,主要是通过大规模的聚变反映。简朴地说,就是太阳内部的氢原子在高温高压的作用下不停地碰撞并发生反映结合成氦原子。这个历程就会以光和热的形式释放出惊人的能量。

然则,太阳上发生的聚变反映异常复杂。想要领会太阳或其他恒星上事实发生了怎样的聚变反映,只能通过科学的假设和网络细微的证据来实现。

在上世纪30年代,有科学家提出,太阳的氢核聚变有两种,一种是质子—质子链,它只涉及氢和氦的同位素,在像太阳这样的恒星中占主导地位;另一种是碳氮氧循环,它可能是更大质量恒星的主要能量泉源。

“碳氮氧循环是氢元素核聚变反映的一种。氢元素不停与碳氮氧元素发生核反映,最终将氢元素转化为氦元素并释放能量。由于这个核反映历程有碳氮氧元素作为催化剂介入,因此叫作碳氮氧循环。”南京大学天文与空间科学学院副教授张曾华告诉科技日报记者。

为何太阳核聚变分为两种呢?张曾华注释说:“越重的元素聚变反映所要求的温度也越高。聚变反映的发生主要取决于恒星内部的温度,而恒星内部温度则取决于其质量的巨细,质量越大的恒星内部温度越高。氢的质子—质子链反映对温度要求相对较低,碳氮氧循环对温度要求相对较高。以是小质量的恒星难以支持碳氮氧循环,而以太阳的质量,则恰好能够维持低速率的碳氮氧循环。”

由于观察难度高,这个理论始终只是一个科学料想,人类一直没有发现它存在的直接证据。若能证实这一理论,将有助于注释较大质量恒星的形成和演化历程。

捕捉“幽灵粒子”有多灾

不论是质子—质子链反映,照样碳氮氧循环,都市释放出一种粒子,科学家称其为中微子。

太阳中微子飞越1.5亿千米到达地球,我们却很难将其捕捉,由于它们几乎没有质量,能够很轻松地以靠近光速的速率穿透地球,这让人们很难察觉它们存在的迹象。

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更让科学家为难的是,要想对质子—质子链和碳氮氧循环释放出的中微子举行深入研究,不仅要捕捉它们,还得把它们区离开。这是一项极具挑战的事情。

张曾华告诉记者,差别泉源的中微子能谱漫衍有所差别。与质子—质子链发生的中微子相比,碳氮氧循环发生的中微子单个能量偏大,总体流量偏小。

“到达地面探测器的太阳中微子数目虽然可观。然则,由于中微子穿透力极强,它们与探测器里的液体发生碰撞,发生可纪录的荧光信号的概率却极小。每100吨探测液体天天只能纪录约莫几十个太阳中微子,其中可能只有几个来自碳氮氧循环,其余则来自质子—质子链。以是想要增添探测信号的数目,就需要增添探测的时间。”张曾华先容说。

为此,科学家设计了一个特殊的粒子探测器。为了确保粒子探测器不被宇宙辐射湮没,只吸收罕有的中微子信号,科学家将它建在意大利亚平宁山脉地下1000米深处。

在这个大罐子中,装有近300吨的有机闪灼液体,当大量中微子穿过这个液体时,极少数可以与其中的电子相互作用,释放出细小的闪光,这些闪光的亮度表明晰中微子的能量,那些由碳氮氧循环发生的中微子会发出相对更强烈的闪光。

张曾华说,碳氮氧循环反映发生的中微子不仅数目稀疏,而且容易与由铋-210放射性衰变发生的中微子混淆。因此,科学家必须改善仪器性能,从铋噪声中分离出来自太阳的中微子。

虽然该粒子探测器早就建好,然则为了网络足够多的碳氮氧循环中微子,研究人员花了3年半的时间,才积累到这次发现所需要的数据。

携带太阳内部金属丰度信息

在科学家看来,这些远道而来的中微子,堪称太阳的信使。

“这次发现证实了碳氮氧循环的存在。也证实了当前的理论预言,那就是太阳1%的能量来自碳氮氧循环。”张曾华告诉记者,太阳中质子—质子链发生的能量占99%,而碳氮氧循环孝敬的能量只有约莫1%,但这1%的能量却是我们领会其他恒星的一个主要窗口。

张曾华注释说,差别质量的恒星中,质子—质子链与碳氮氧循环对能量的孝敬比率差别。恒星的质量小于1.3倍太阳质量时,质子—质子链起主导作用。恒星的质量大于1.3倍太阳质量时,碳氮氧循环起主导作用,“这次发现也验证了,碳氮氧循环若何主导质量大于太阳质量的恒星产能方式”。

科学家以为,碳氮氧循环发生的太阳中微子携带着太阳内部的金属丰度信息,未来可以被用来直接丈量太阳内部碳氮氧等元素的丰度,解答太阳的“金属丰度难题”。

天文学中的金属,与通常所说的金属观点并不相同。天文学上把一切比氦重的化学元素都叫金属,一颗恒星表层大气里金属元素的总和就是金属丰度,也就是恒星的金属含量。

宇宙降生之初,大爆炸发生了大量的氢、氦和极其微量的锂,于是在这样的环境下降生了宇宙中的第一代恒星。

在那些比太阳更大更重的恒星中,碳氮氧这三种元素辅助催化核聚变反映,碳氮氧循环也就成为主要的能源泉源。已往,科学家通过恒星光谱来测定其金属丰度,然则在观察与理论泛起不一致时,就需要加倍直接的证据举行剖析,而这些中微子可能有助于注释恒星的形成和演化。

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