De zon heeft inderdaad een CNO-cyclus: z’n neutrino’s zijn waargenomen

De Borexino detector, die 2000 gevoelige sensoren bevat. Credit: Borexino Collaboration

Natuurkundigen hebben met behulp van de Borexino detector, die zich 1400 meter diep onder het San Grassogebergte in Midden-Italië bevindt, neutrino’s waargenomen die door de zon zijn geproduceerd door diens koolstof-stikstof cyclus, ook wel de CNO-cyclus genoemd. En daarmee is vast komen te staan dat de zon inderdaad een CNO-cyclus heeft, iets dat wel werd vermoed, maar tot nu toe niet kon worden bevestigd. Neutrino’s afkomstig van de zon zijn al in de jaren zestig gedetecteerd, maar die zijn van een andere cyclus die zich in de zon afspeelt, de proton-protoncyclus (PP-cyclus). Die laatste is de voornaamste energiebron van de zon, waarbij in verschillende stappen vier waterstofkernen (protonen) worden omgezet in een helium-4-kern (alfadeeltje). 99% van de energie die de zon produceert komt tot stand via het PP-cyclus. Bij de koolstof-stikstofcyclus worden ook vier protonen in een heliumkern omgezet, maar hierbij komen ook koolstof C), stikstof (N) en zuurstof (O) aan te pas en soms ook fluor (F) – hieronder een voorstelling van de CNO-cyclus (die in de jaren dertig van de vorige eeuw werd bedacht door de natuurkundigen Bethe en Weizsäcker).

Credit: Borb/Wikipedia.

Slechts 1% van de energie van de zon komt dus door de CNO-cyclus en daarmee ook 1% van de neutrino’s die de zon produceert. Eigenlijk is de CNO-cyclus meer iets van grotere en hetere sterren. Er is nog een derde manier om van waterstof helium te krijgen en wel via het triple-alpha proces, maar dat komt helemaal niet voor in de zon. Hieronder zie je een grafiek waarin de energieproductie van de drie cyli en de temperatuur waarbij ze optreden te zien is, op de horizontale lijn is de situatie van de zon weergegeven.

Drie cycli van energieproductie in sterren. Credit: RJ Hall

Neutrinos’waarnemen is heel lastig, want deze superlichte elementaire deeltjes reageren niet op de elektromagnetische en sterke wisselwerking. De zwaartekracht is van zichzelf te zwak om neutrino’s te beïnvloeden, dus blijft de zwakke wisselwerking over. En zo heeft men met de Borexino detector die neutrino’s van de CNO-cyclus gedetecteerd. Per seconde vliegen er door iedere vierkante centimeter op aarde 700 miljoen CNO-neutrino’s, zelfs dwars door de aarde heen zonder er iets van te merken. Maar van die 700 miljoen per cm² per seconde zijn er altijd wel een paar die met de zuivere vloeistof in de Borexino detector reageren. Daarbij moest men wel de neutrino’s van de PP-cyclus (zo’n 70 miljard per cm²/s) weten te onderscheiden van de neutrino’s van de CNO-cyclus én van storende neutrino’s die door de aarde zelf worden geproduceerd via zeldzaam radioactief verval, maar dat is de onderzoekers gelukt. Hier het vakartikel over de detectie van de neutrino’s van de CNO-cyclus van de zon, verschenen in Nature. Bron: Universiteit van Maintz.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.