Międzynarodowy zespół około 100 naukowców, włącznie z fizykami z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego, prowadzących eksperyment BOREXINO w laboratorium podziemnym w Gran Sasso w Apeninach, poinformował w ubiegłym tygodniu, w prestiżowym tygodniku naukowym Nature, o przełomowym wyniku pomiarów, pozwalającym odpowiedzieć na pytanie, dlaczego duże gwiazdy świecą.

Naukowcom po raz pierwszy udało się zarejestrować charakterystyczne neutrina, sygnalizujące bezpośrednio produkcję energii w Słońcu w cyklu węgiel-azot-tlen (CNO). Postulowany cykl CNO jest dominującym źródłem energii gwiazd większych od Słońca, którego dotychczas nigdy nie wykryto w żadnej gwieździe.

Przez większość czasu życia gwiazd, który liczony jest w miliardach lat, w ich wnętrzu spalany jest wodór, z którego powstaje hel jako „popiół”. W przypadku gwiazd takich jak Słońce, lub mniejszych, spalanie wodoru zachodzi głównie we wcześniej wykrytym, również w eksperymencie BOREXINO (detektor BOREXINO na grafice obok), cyklu „proton-proton”, w którym udział biorą jedynie wodór i hel. Wiele gwiazd jest cięższych i bardziej gorących od Słońca. Zatem według teoretycznych przewidywań, sięgających lat 30-tych ubiegłego wieku, drugi cykl CNO powinien w przypadku tych gwiazd być dominującym źródłem energii. W cyklu CNO węgiel, azot i tlen odgrywają rolę katalizatorów w procesie spalania wodoru.

Najlżejsze cząstki elementarne, neutrina, produkowane w tych cyklach w jądrze słonecznym, posiadają charakterystyczne widma energetyczne, które pozwalają fizykom odróżnić te pochodzące z cyklu CNO od neutrin produkowanych w cyklu „proton-proton”. Rejestracja przez zespół BOREXINO neutrin z cyklu CNO oznacza wykrycie spalania wodoru w cyklu CNO w naszej najbliższej gwieździe. Strumień neutrin z cyklu CNO, odpowiedzialnego za produkcję około jednego procenta energii Słońca, jest o wiele słabszy niż strumień neutrin z cyklu „proton-proton”. Eliminacja innych sygnałów nie wywołanych neutrinami, zwanych tłem, była warunkiem sine qua non rejestracji neutrin z cyklu CNO. Wykrycie cyklu CNO pozwoliło ostatecznie zrozumieć „jak działają gwiazdy”.

To rewolucyjne osiągnięcie uzyskane w oparciu o imponujący wysiłek eksperymentalny, pozostanie dla przyszłości jednym z fundamentalnych sukcesów w dziedzinie astrofizyki i fizyki cząstek elementarnych.

Z Instytutu Fizyki UJ, współautorami publikacji w Nature i uczestnikami eksperymentu BOREXINO są: dr Anna Jany, dr Marcin Misiaszek, dr hab. Grzegorz Zuzel prof. UJ, prof. dr hab. Marcin Wójcik.