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Detector finalmente soluciona mistério sobre funcionamento de estrelas

Desde década de 30, astrofísicos procuravam sinais da fusão CNO. Observação de fenômeno no Sol ajuda a entender funcionamento de estrelas em geral

O detector Borexino está localizado nas Montanhas Apeninas na Itália Central no Laboratori Nazionali del Gran Sasso da INFN. Ele detecta neutrinos como feixes de luz produzidos quando eles se chocam com elétrons em 300 toneladas de cintilador orgânico ultra-puro. Créditos: Borexino Collaboration


Um novo estudo que envolveu cerca de uma centena de cientistas de diversos países revelou, pela primeira vez, a ocorrência do chamado ciclo de fusão carbono – nitrogênio – oxigênio (CNO) no sol. 
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. A descoberta foi publicada na revista Nature

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Durante a maior parte de sua vida, a estrelas se alimentam da energia gerada pela  fusão do hidrogênio com o hélio. Em estrelas como nosso Sol, ou mais leves (no sentido de dotadas de menos massa), isso 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 desses processos fornecem  assinaturas espectrais características. As diferenças entre estas assinaturas permitem que  os cientistas  diferenciem aqueles típicas das ‘cadeias próton-próton’ das que revelam um  ‘ciclo-CNO’. “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”, diz o físico  Andrea Pocar, da Universidade de Massachusetts em Amherst. Ele é um integrante da Colaboração Borexino, o grupo responsável pelo estudo.

Pocar explica que 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. 

Pocar diz que 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. Os cientistas só podem detectá-los recorrendo a detectores muito grandes com níveis de radiação de fundo baixos. 

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 ‘proton-proton’, ajudou a refinar parâmetros de oscilação dos neutrinos e, o que também foi um feito, ainda mediu o primeiro passo do ciclo: os neutrinos ‘pp’ de  baixa energia, relembra Pocar. 

Antes da descoberta dos neutrinos CNO, o laboratório havia programado o fim das operações da Borexino no fim de 2020. Mas como os dados utilizados na análise para a Nature foram congelados, os cientistas continuaram a coletar dados. A coleta de dados poderia se estender até 2021. 

Publicado em 26/11/2020 

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