美国国家航空航天局(美国航天局)太阳和日光层天文台观测到的太阳。图片来源：SOHO(ESANASA)Borexino中微子探测器监测太阳中碳、氮和氧的反应链释放的中微子，这证实了以前对太阳能来源的理论预测，可以用来推测太阳核心的结构。物理学家通过从恒星核心捕捉中微子，解开了太阳能来源的最后一个谜团。这一探索证实了几十年前的理论预测，即太阳产生的一些能量是由一系列连锁反应产生的，包括碳核反应和氮核反应。
在这个过程中，四个质子融合在一起形成一个氦核，释放出两个中微子(已知构成物质的最轻的基本粒子)、其他亚原子粒子和大量能量。碳、氮和氧的这种循环反应并不是太阳核聚变的唯一途径。它产生的能量不到太阳产生能量的1%，但它被认为是较大恒星的主要能量来源。
俄亥俄州立大学的天体物理学家马克平松诺尔特说：“确认恒星结构理论中的一个基本预测是很棒的。”上个月，他们在意大利中部的博列西诺地下实验室的一次会议上公布了这一发现的结果。
此前，Borexino中微子探测器首次直接探测到独立反应的三个不同阶段的中微子，这种反应发生在大多数太阳核聚变反应中。米兰大学的物理学家乔阿奇诺拉努奇说：“通过这一观察，我们彻底了解了为太阳提供能量的两个反应过程。”
这一发现可能是Borexino探测器的最后一个里程碑，该探测器仍在收集数据，但可能会在一年内关闭。热那亚大学的Marco Pallavicini是该实验的另一位演讲者，他说：“我们最终有了一个重大发现。”
自2007年以来，Borexino太阳中微子探测器一直在格兰萨索国家实验室地下一公里多的大厅里工作。这个探测器由一个巨大的尼龙气球组成，气球中含有278吨液态碳氢化合物，完全浸没在水中。大多数来自太阳的中微子可以直线穿过地球(包括Borexino)，但极少数中微子在撞击碳氢化合物中的电子后会反弹。在这个过程中产生的闪光可以被安装在水箱中的光子传感器捕获。
太阳碳、氮和氧循环反应产生的中微子相对较少，因为它们只是太阳核聚变反应的一小部分。此外，碳、氮和氧的循环反应产生的中微子很容易与铋-210放射性衰变产生的中微子混淆。铋-210是一种同位素，可以从气球中的尼龙泄漏到碳氢化合物中。
尽管这些污染物的浓度极低(在布罗克西诺，每天最多有几十个铋核衰变)，但从2014年起，研究人员需要不懈努力，将太阳中微子与铋噪声分离开来。因为铋-210的泄漏是不可避免的，所以它们只能减缓这种元素向流体中间的扩散，而忽略来自边缘的所有信号。为此，团队必须控制水箱中的温度平衡，因为温度不平衡会导致液体对流，这将使其内容物混合得更快。帕拉维西尼说：“液体必须非常平静，一个月最多只能移动十分之几厘米。”
为了使碳氢化合物保持恒定和均匀的温度，他们将整个水箱包裹在隔热层中，并安装了一个热交换器来自动平衡整个温度。接下来要做的是等待。直到2019年，铋噪声变得足够安静，探测器才开始识别中微子信号。到2020年初，研究人员收集了足够多的粒子，宣布他们发现了碳、氮和氧的循环反应产生的中微子。
巴塞罗那空间科学研究所的天体物理学家阿尔多塞雷尼里说：“这是第一个直接的证据，证明氢可以通过碳、氮和氧的循环反应在恒星中燃烧。”“所以，这真是太神奇了。”除了证实对太阳能来源的理论预测之外，对碳、氮和氧的循环反应产生的中微子的探测也可以揭示太阳核心的结构，特别是金属元素(任何比氢和氦重的元素)的浓度。
Borexino探测器探测到的中微子似乎与标准模型中的一致。在标准模型中，太阳的核心和它的表面有相似的“金属性”。但是塞雷尼里说更多的新研究已经开始动摇这个假设。这些研究表明，太阳核心的金属含量较低，因为太阳核心中的元素可以调节太阳核心的热扩散速率，这意味着太阳核心将比先前估计的略冷。塞雷尼里说，中微子对温度极其敏感，但总的来说，Borexino监测到的中微子似乎与先前模型的金属丰度一致，与这些新研究估计的金属丰度相反。
他和其他天体物理学家提出了一种新的可能性解释，即太阳的内核比表面更具金属性。太阳核心的组成可以揭示更多关于太阳早期的信息，特别是考虑到在行星形成期间，一些附着在年轻恒星上的金属可能被吸附。
