Güneş’in çekirdeğindeki elementlerin bulunma yüzdesinin doğrudan ölçümü, Güneş’ten gelen nötrinoların CNO döngüsü olarak adlandırılan sinyalini ölçen bir çalışma ile mümkün olmuştur.
Güneş’in çekirdeğindeki hidrojen füzyonu olayları büyük miktarda güneş nötrinosu açığa çıkarır. Bu nedenle nükleer süreçlerin Güneş’e güç verdiğinin somut kanıtıdırlar. Güneş’in iç kısmının yoğunluğu ve sıcaklığı Güneş nötrinolarının ölçümlerinden belirlenmiştir, ancak Güneş’in kimyasal bileşimi hala bilinmemektedir. Borexino Collaboration’a göre, Güneş’teki CNO hidrojen yakma döngüsü şimdi nötrino akısının yeni bir ölçümünün konusudur.
Bu döngü, güneşin iç kısmının özellikleri için muazzam miktarda tanısal faydaya sahip nötrinolar üretir. Bu nötrinoları ölçerek, ortaklık Güneş’in element bileşimi hakkında paha biçilmez bir bilgi külçesi sunuyor ve bizi 20 yılı aşkın bir süredir güneş fiziğini meşgul eden bir anlaşmazlığı çözmeye bir adım daha yaklaştırıyor.
Yıldızlar var oldukları sürenin yaklaşık %90’ında hidrojeni helyuma dönüştürerek bu süreçte iki nötrino yaratırlar. Yıldız füzyonunun gerçekleştiği iki ana mekanizma CNO döngüsü ve proton-proton zinciri olarak da bilinen pp zinciridir. Çoğunlukla yıldızın kütlesinden etkilenen bir yıldızın çekirdek sıcaklığı, pp zincirinin mi yoksa CNO döngüsünün mü baskın olduğunu belirler.
CNO döngüsü daha büyük kütleli yıldızlar için birincil enerji kaynağıdır; pp zinciri ise Güneş ve diğer düşük kütleli yıldızlardaki nükleer enerjinin neredeyse tamamını üretir. pp zinciri, yakıt olarak yalnızca hidrojeni kullanan ve başka hiçbir çekirdeği kullanmayan bir dizi nükleer olaydır.
Buna karşılık CNO döngüsü, helyum üretmek için katalizör olarak C, N ve O çekirdeklerinin varlığını kullanır. Bu katalitik süreç, CNO nötrinolarının akısı ile Güneş’teki C, N ve O miktarları arasında doğrusal bir ilişki ortaya koyar. Sonuç olarak, CNO nötrinoları Güneş’in çekirdeğinin kimyasal yapısını incelemek için etkili bir araçtır.
Güneş’teki çeşitli elementlerin bulunma yüzdeleri, diğer yıldızlar ve gaz bulutlarındaki element bulunma yüzdelerinın hesaplanmasında bir “kimyasal cetvel” görevi gördüğünden, Güneş’in kimyasal yapısını anlamak sadece güneş fiziği için değil, tüm astronomi için çok önemlidir. Ancak Güneş’in çekirdeğindeki elementlerin bulunma yüzdeleri süregelen tartışmalara konu olmuştur. Güneş’in kimyasal yapısını belirlemenin birincil yöntemi, spektrumundaki soğurma çizgilerine bakmaktır.
Elementlerin Spektroskopik İncelemeleri
C, N ve O gibi temel elementler ilk spektroskopik incelemelerde çok yüksek konsantrasyonlarda mevcuttu, ancak 2000’lerin başında, en son teknikler ilk tahminlerden %30 ila %40 daha düşük bulunma yüzdelerini ölçmeye başladı.
Bu düşük bolluk tahminleri girdi olarak kullanıldığında, Güneş’in yapısını ve evrimini tahmin etmek için kullanılan fiziksel model olan standart güneş modelinin (SSM) tahminleri, Güneş’in iç yapısının heliosismoloji tarafından yapılan gözlemleriyle önemli ölçüde farklılık göstermektedir. Öte yandan, önceki güneş bulunma yüzdelerine dayanan SSM tahminleri, heliosismoloji kanıtlarıyla çarpıcı bir şekilde tutarlıdır.
Güneş bolluğu sorunu, tatmin edici bir çözümden kaçan 20 yıllık bir çelişkidir. En son spektroskopik veriler ve heliosismoloji gözlemleri iyileşiyor gibi görünmektedir. Bununla birlikte, güneş fiziği alanı uzun zamandır Güneş’in kimyasal bolluğunu belirlemek için güvenilir bir yöntem arayışındadır. İşte bu noktada nötrinolar ve en son Borexino sonuçları önem kazanmaktadır.
Büyük bir sıcaklık bağımlılığına sahip olan boron-8 bozunmasından kaynaklanan farklı bir nötrino akısının gözlemleri dahil edilerek CNO akısı ölçümü C artı N bolluklarının bir ölçümüne dönüştürülebilir. Bu akı, işbirliği tarafından Güneş’in çekirdek sıcaklığını kabaca %0,1 içinde doğru bir şekilde sınırlamak için kullanıldı. Bilim insanları bu sıcaklığı CNO akısı ile C, N ve O miktarları arasındaki ilişkiyi hesaplamak için kullandılar ve Güneş’in çekirdeğindeki kimyasal bulunma yüzdelerin ilk ölçümüne ulaştılar. Yalnızca nötrino ölçümlerine dayanan bu metodoloji, hem yeni hem de tarihsel spektroskopik sonuçların karşılaştırılabileceği güneş kompozisyonunun tamamen bağımsız bir değerlendirmesini sağlar.
Güneş’in yüzeyindeki spektroskopik araştırmalarla elde edilen bolluklar ile Borexino tarafından hesaplanan çekirdek bulunma yüzdeleri arasındaki fark, Güneş’in kimyasal yapısının derinlikle değiştiğini gösterebilir. Elementlerin bu şekilde düzensiz dağılımı, Güneş’in homojen olmayan bir ortamda evrimleşmesi veya Güneş’in dış katmanlarını belirli elementlerle zenginleştiren gezegensel malzemenin birikmesi ile açıklanabilir.
Şu anda özel bir güneş nötrinosu deneyi için herhangi bir plan bulunmamakla birlikte, Borexino tarafından elde edilen bilgi birikimi kullanılarak bir deney geliştirilecek olursa, bu deney umut verici bir geleceğe sahip olacak ve Güneş hakkında paha biçilmez bilgiler sunacaktır.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v15/190
