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中微子證實太陽內部存在第二類核聚變

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和所有的恆星一樣,太陽的內部不斷地靠核聚變將氫元素生成更重的元素。這個過程不僅放射出高能伽馬射線,還產生中微子。伽馬射線會被困在恆星內長達幾千年的時間,不斷地給太陽加溫,而中微子則以光速從太陽的內部向外逃逸。

科學家已經知道恆星內至少有兩種不同的核聚變類型。太陽算是質量相對較小的恆星。這一類恆星內部主要通過質子-質子鏈反應(pp-chain),從氫元素產生氦元素。

而對於質量比太陽更大、溫度更高、內核密度更高的恆星來說,則主要發生的是稱為碳氮氧循環(CNO cycle)的聚變。這個循環由氫核依次與碳、氮和氧核發生反應產生氦,這三種元素依次擔任催化劑並且再生。科學家認為這種聚變反應也可以部分解釋,為什麼這三種元素在宇宙中含量如此之大,僅次於氫和氦的原因。

這兩類聚變都會生成中微子,不過所產生的中微子的能量級不同。

科學家在上世紀60年代第一次探測到來自太陽的中微子,但是除了知道它們來自太陽以外,沒有發現更多特別之處,只能證明太陽內部發生了核聚變,但是不能證明是哪一種類型。

在過去十年以來,中微子探測器越來越先進,不僅能探測到中微子的能量,還能分辨它們的味態。

科學家現在終於知道,早期實驗探測到的中微子,不僅來自質子-質子鏈反應,還來自第二類型的聚變。2014年,一個研究組探測到低能中微子,直接由質子-質子鏈聚變產生。他們的觀測證實,99%太陽的能量來自質子-質子核聚變。

科學家認為太陽也足夠大,有能力進行一部分碳氮氧循環聚變,估計太陽有1%的能量是由這第二類聚變產生。可是這種類型產生的中微子很稀有,很難偵測到。

最近意大利的中微子探測器項目組The Borexino Collaboration引領的國際團隊,終於成功地檢測到由第二類聚變產生的中微子。這份研究11月25日發表在《自然》(Nature)期刊上。

今日宇宙(UNIVERSE TODAY)的報導介紹說,檢測中微子是否由碳氮氧循環聚變產生的一項最大的難度在於,它們的信號很容易被地面環境下的中微子干擾。雖然地球上不會自然地發生核聚變,某些岩石內放射性元素的衰變會觸發中微子探測器,讓它們誤以為是來自太陽碳氮氧循環聚變的中微子。

這個研究組發明了一種複雜的分析方法,過濾這些假信號。他們的研究證實,碳氮氧循環聚變在太陽內部發生的比例約佔1%左右。

研究稱,雖然碳氮氧循環聚變在太陽內部的比例很小,但這是了解恆星如何演化變大的重要環節。這也有助於科學家了解大質量恆星的生命周期,以及地球上各種元素的來源。◇

責任編輯: 夏雨荷  來源:大紀元 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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