Нейтрино расскажут нам о внутренней части Солнца

Нейтрино, генерируемые в результате реакций солнечного синтеза, без особых усилий проходят через плотное ядро Солнца. Каждый конкретный процесс синтеза создает нейтрино с отличительными признаками, что потенциально может стать методом изучения внутренней структуры Солнца. Многочисленные обсерватории по обнаружению нейтрино на Земле в настоящее время фиксируют эти солнечные частицы, которые могут быть проанализированы наряду с нейтрино, полученными в реакторах, и полученные данные в конечном итоге позволят исследователям составить подробную карту внутренней части Солнца.

Солнце представляет собой массивную сферу из горячей плазмы в центре нашей Солнечной системы, которая обеспечивает свет и тепло, необходимые для того, чтобы жизнь на Земле стала возможной. Состоящее в основном из водорода и гелия, оно вырабатывает энергию путем ядерного синтеза, превращая водород в гелий в своем ядре. Этот процесс высвобождает огромное количество энергии, которую мы воспринимаем как тепло и свет.

Температура поверхности Солнца, или фотосферы, составляет около 5500°C, в то время как температура его ядра достигает более 15 миллионов°C. Она влияет на все - от нашего климата до космической погоды, создавая солнечный ветер и случайные всплески радиации, известные как солнечные вспышки. Как среднестатистической звезде среднего возраста, Солнцу около 4,6 миллиарда лет, и оно (будем надеяться) будет продолжать гореть еще 5 миллиардов лет, прежде чем превратится в красного гиганта и, в конечном счете, в белого карлика.

Стандартная солнечная модель (SSM) используется для понимания и прогнозирования внутренней структуры и эволюции Солнца. Именно так мы определяем, что происходит внутри Солнца. Это объясняет, как в ядре Солнца различные реакции ядерного синтеза постоянно приводят к выбросу нейтрино — крошечных, почти безмассовых частиц, которые проходят практически через все.

Каждый тип реакции порождает нейтрино со своими свойствами. Эти нейтрино могут помочь нам лучше понять внутреннюю структуру Солнца. На данный момент мы знаем о его внутренней структуре плотности только из теоретических моделей, основанных на SSM, которые сопоставляются с тем, что мы можем видеть на поверхности Солнца. Нейтрино могут содержать информацию, которая даст нам более точные данные о недрах Солнца.

Китайские исследователи работают над новой нейтринной обсерваторией TRIDENT. Для разработки своего плана они создали подводный симулятор.

В статье, опубликованной Питером Б. Дентоном из Брукхейвенской национальной лаборатории и Чарльзом Гурли из Политехнического института Ренсселера, показано, как солнечные нейтрино могут помочь нам заглянуть внутрь Солнца и установить его плотностную структуру. Напротив, фотоны света рассказывают нам только о том, какой была поверхность Солнца в данный момент, и дают мало информации о том, что было внутри Солнца сотни тысяч лет назад. Такая задержка в выходе фотонов из солнца объясняется тем, что они веками вращались вокруг плотных солнечных недр, прежде чем улететь. Нейтрино, с другой стороны, дают нам самую свежую информацию, потому что они могут проноситься сквозь солнце, не останавливаясь.

Давно известно, что нейтрино меняют свой аромат или тип (электронное нейтрино, мюонное нейтрино или тау-нейтрино) по мере прохождения сквозь вещество, и это зависит от локальной плотности. Это хорошо задокументировано как эффект Михеева-Смирнова-Вольфенштейна, и, измеряя поток нейтрино, наблюдаемый на Земле, по сравнению с предсказанным потоком без колебаний, можно рассчитать плотность, при которой образовались нейтрино. Также требуются данные независимых измерений нейтринных колебаний, которые были созданы внутри ядерных реакторов.

Команда продемонстрировала, что этот подход действительно имеет свои ограничения и что существуют ограничения на то, какой объем информации о плотности может быть получен только из SSM. Необходимы дополнительные данные от таких проектов, как "ЮНОНА" и "ДЮНА", чтобы еще больше улучшить профиль внутренней плотности Солнца и дать нам более реалистичное представление о внутреннем устройстве нашей местной звезды.

Источник