Redacción

Un equipo internacional de unos 100 científicos de la Colaboración Borexino, incluyendo al físico de partículas Andrea Pocar de la Universidad de Massachusetts Amherst, informa en la revista Nature sobre la detección de neutrinos del Sol, revelando directamente por primera vez que el ciclo de fusión carbono-nitrógeno-oxígeno (CNO) está funcionando en nuestra estrella.

El ciclo CNO es la fuente de energía dominante que alimenta a las estrellas más pesadas que el Sol, pero hasta ahora nunca había sido detectado directamente en ninguna estrella, explica Pocar.

Durante gran parte de su vida, las estrellas obtienen energía fusionando hidrógeno en helio. En estrellas como nuestro Sol o más ligeras, esto ocurre principalmente a través de las cadenas “protón-protón”. Sin embargo, muchas estrellas son más pesadas y calientes que nuestro Sol, e incluyen elementos más pesados que el helio en su composición, una cualidad conocida como metalicidad. La predicción desde los años 30 es que el ciclo CNO será el dominante en las estrellas pesadas.

Los neutrinos emitidos como parte de estos procesos proporcionan una firma espectral que permite a los científicos distinguir los de la “cadena protón-protón” de los del “ciclo CNO”. Pocar señala que “la confirmación de que el ciclo CNO actúa en nuestro Sol, donde opera solo al uno por ciento, refuerza nuestra confianza en que entendemos cómo funcionan las estrellas”.

El detector Borexino. (Foto: Borexino Collaboration)

Más allá de esto, los neutrinos CNO pueden ayudar a resolver una importante cuestión abierta en la física estelar. Es decir, cómo la metalicidad central del Sol, que solo puede ser determinada por la tasa de neutrinos CNO del núcleo, está relacionada con la metalicidad en otras partes de una estrella. Los modelos tradicionales se han encontrado con una dificultad: las mediciones de metalicidad superficial por espectroscopia no concuerdan con las medidas de metalicidad sub-superficial inferidas por un método diferente, las observaciones de heliosismología.

Pocar dice que los neutrinos son realmente la única sonda directa que la ciencia tiene para el núcleo de las estrellas, incluyendo el Sol, pero son extremadamente difíciles de medir. Hasta 420.000 millones de ellos golpean cada centímetro cuadrado de la superficie terrestre por segundo, y sin embargo, prácticamente todos pasan a través sin interactuar. Los científicos solo pueden detectarlos usando detectores muy grandes con niveles de radiación de fondo excepcionalmente bajos.

El detector de Borexino se encuentra en las profundidades de los Apeninos, en el centro de Italia, en los Laboratori Nazionali del Gran Sasso de la INFN. Detecta neutrinos como destellos de luz producidos cuando estos colisionan con los electrones en 300 toneladas de centelleador orgánico ultra puro. Su gran profundidad, tamaño y pureza hacen del Borexino un detector único para este tipo de ciencia, el único en su clase para la radiación de bajo fondo, dice Pocar. El proyecto fue iniciado a principios de los años 90 por un grupo de físicos liderados por Gianpaolo Bellini en la Universidad de Milán, Frank Calaprice en Princeton y el difunto Raju Raghavan en Bell Labs.

Hasta sus últimas detecciones, la colaboración Borexino había medido con éxito los componentes de los flujos de neutrinos solares “protón-protón”, ayudó a refinar los parámetros de oscilación del sabor de los neutrinos y, lo que es más impresionante, incluso midió el primer paso del ciclo: los neutrinos “pp” de muy baja energía, recuerda Pocar.

Sus investigadores soñaban con ampliar el alcance de su ciencia para buscar también los neutrinos del CNO, pero ese premio parecía fuera de alcance. Sin embargo, los grupos de investigación de Princeton, Virginia Tech y UMass Amherst creían que los neutrinos CNO aún podrían ser revelados utilizando pasos y métodos de purificación adicionales.

Con el paso de los años acabaron teniendo éxito. “Más allá de revelar los neutrinos CNO que es el tema del artículo de Nature, ahora hay incluso un potencial para ayudar a resolver también el problema de la metalicidad “, dice Pocar.