Um novo estudo revelou, pela primeira vez, a ocorrência do chamado ciclo de fusão carbono-nitrogênio-oxigênio (CNO) em estrelas.
© Hubble (estrela WR 124 e nebulosa M1-67)
O ciclo CNO é a fonte de energia dominante que alimenta estrelas mais pesadas do que o Sol, mas nunca havia sido detectada diretamente em nenhuma estrela. Durante a maior parte de sua vida, a estrelas se abastecem da energia gerada pela fusão do hidrogênio com o hélio.
Em estrelas como nosso Sol, ou estrelas com menos massa, isto acontece principalmente através de cadeias próton-próton. Entretanto, muitas estrelas são mais “pesadas” e mais quentes do que o nosso Sol, e possuem, em sua composição, elementos mais pesados do que o hélio, uma qualidade conhecida como metalicidade.
Desde 1930, os teóricos preveem que o ciclo CNO será dominante em estrelas pesadas. Os neutrinos que são emitidos como parte destes processos fornecem assinaturas espectrais características.
“Ao confirmarmos a existência de fusão de tipo CNO em nosso Sol, onde corresponde a apenas 1% da energia, reforça nossa confiança que entendemos como as estrelas funcionam,” disse o físico Andrea Pocar, da Universidade de Massachusetts. Ele é um integrante da Colaboração Borexino, o grupo responsável pelo estudo.
O detector Borexino está localizado nos Montes Apeninos, na Itália Central, no Laboratori Nazionali del Gran Sasso da INFSN. Ele detecta neutrinos como feixes de luz produzidos quando os neutrinos colidem com elétrons de 300 toneladas de material cintilador orgânico ultra-puro. Sua grande profundidade, tamanho e pureza fazem do Borexino um detector especial. O projeto foi iniciado no começo da década de 1990 por um grupo de físico liderado por Gianpaolo Bellini da Universidade de Milão, Frank Calaprice em Princeton e Iate Raju Raghavan no Bell Labs.
Antes de suas detecções mais recentes, a colaboração Borexino mediu com sucesso componentes de fluxos de neutrinos solares próton-próton, ajudou a refinar parâmetros de oscilação dos neutrinos e ainda mediu o primeiro passo do ciclo: os neutrinos próton-próton de baixa energia. Antes da descoberta dos neutrinos CNO, o laboratório havia programado o fim das operações da Borexino no fim de 2020, mas os cientistas continuaram coletando dados.
A detecção dos neutrinos gerados pela fusão CNO pode ajudar também a resolver uma importante questão em aberto na física estelar. Ela envolve explicar de que forma a metalicidade no centro do Sol, que só pode ser inferida pela taxa de neutrinos CNO em seu centro, está relacionada com a metalicidade observada em outras partes de uma estrela. Os modelos tradicionais têm esbarrado numa dificuldade: os dados sobre a metalicidade na superfície solar, que são medidos por espectroscopia, não concordam com medições sobre a metalicidade abaixo da superfície que usam um método diferente, baseado em observações de heliosismologia.
Os neutrinos realmente são a única evidência direta que a ciência tem para o que ocorre no núcleo das estrelas, incluindo o Sol, mas é muito difícil observá-los. Estima-se que 420 bilhões deles atinjam cada metro quadrado da superfície da Terra a cada segundo. Mesmo assim, quase todos passam sem gerar nenhuma interação. Eles podem ser detectados recorrendo a detectores muito grandes com níveis de radiação de fundo baixos.
A descoberta foi publicada na revista Nature.
Fonte: Scientific American
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