Wyniki „są w pełni zgodne z [wysoką] metalicznością” Słońca, mówi Livia Ludhova, fizyk z Research Center Jülich w Niemczech.
Pierwiastki cięższe od wodoru i helu są kluczowe dla stworzenia skalisto-żelaznych planet takich jak Ziemia i podtrzymania form życia takich jak ludzie. Zdecydowanie najobficiej występującym z tych pierwiastków we wszechświecie jest tlen, a następnie węgiel, neon i azot.
Jednak astronomowie nie wiedzą dokładnie ile tych pierwiastków występuje w stosunku do wodoru, który jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w kosmosie. Dzieje się tak dlatego, że astronomowie zazwyczaj używają Słońca jako punktu odniesienia do pomiaru zawartości pierwiastków w innych gwiazdach i galaktykach, a dwie techniki sugerują bardzo różne składy chemiczne naszej gwiazdy.
Jedna z technik wykorzystuje wibracje wewnątrz Słońca, aby wywnioskować jego wewnętrzną strukturę i faworyzuje wysoką zawartość metali. Druga technika określa skład Słońca na podstawie tego, jak atomy na jego powierzchni absorbują pewne długości fal światła. Dwie dekady temu, użycie tej drugiej techniki zasugerowało, że poziomy tlenu, węgla, neonu i azotu w słońcu były o 26 do 42 procent niższe niż wcześniejsze ustalenia, tworząc obecny konflikt.
Obecnie pojawiła się inna technika, która mogłaby rozstrzygnąć długotrwałą debatę: wykorzystanie neutrin słonecznych.
Cząstki te powstają w wyniku reakcji jądrowych w jądrze Słońca, które zmieniają wodór w hel. Około 1 procent energii słonecznej pochodzi z reakcji z udziałem węgla, azotu i tlenu, które przekształcają wodór w hel, ale nie są zużywane w tym procesie. Zatem im więcej węgla, azotu i tlenu ma w rzeczywistości Słońce, tym więcej neutrin ten cykl CNO powinien emitować.
W 2020 roku naukowcy ogłosili, że Borexino, podziemny detektor we Włoszech, zauważył te neutrina CNO (SN: 6/24/20). Teraz Ludhova i jej koledzy zarejestrowali wystarczająco dużo neutrin, aby obliczyć, że atomy węgla i azotu razem są około 0,06 procenta tak obfite jak atomy wodoru w Słońcu – pierwsze wykorzystanie neutrin do określenia makijażu Słońca.
I chociaż liczba ta wydaje się niewielka, to jest ona nawet wyższa niż ta, którą preferują astronomowie popierający Słońce o wysokiej zawartości metalu. I jest o 70 procent większa niż liczba, którą powinno mieć niskometalowe słońce.
„To świetny wynik” – mówi Marc Pinsonneault, astronom z Ohio State University w Columbus, który od dawna opowiada się za słońcem o wysokiej zawartości metalu. „Udało im się solidnie wykazać, że obecne rozwiązanie o niskiej metaliczności jest niespójne z danymi”.
Mimo to, z powodu niepewności zarówno w obserwowanych jak i przewidywanych liczbach neutrin, Borexino nie może w pełni wykluczyć niskometalicznego słońca, mówi Ludhova.
Nowa praca jest „znaczącą poprawą”, mówi Gaël Buldgen, astrofizyk z Uniwersytetu Genewskiego w Szwajcarii, który opowiada się za słońcem o niskiej zawartości metalu. Jednak przewidywane liczby neutrin CNO pochodzą z modeli Słońca, które krytykuje on jako zbyt uproszczone. Modele te pomijają spin Słońca, który mógłby spowodować mieszanie się pierwiastków chemicznych w trakcie jego życia i zmienić ilość węgla, azotu i tlenu w pobliżu centrum Słońca, tym samym zmieniając przewidywaną liczbę neutrin CNO, mówi Buldgen.
Dodatkowe obserwacje neutrin są potrzebne do ostatecznego werdyktu, mówi Ludhova. Borexino wyłącza się w 2021 roku, ale przyszłe eksperymenty mogą wypełnić pustkę.
Stawka jest wysoka. „Spieramy się o to, z czego zbudowany jest wszechświat” – mówi Pinsonneault, ponieważ „Słońce jest punktem odniesienia dla wszystkich naszych badań”.
Jeśli więc Słońce ma znacznie więcej węgla, azotu i tlenu niż się obecnie uważa, to również cały wszechświat. „To zmienia nasze rozumienie tego, jak powstają pierwiastki chemiczne. Zmienia to nasze rozumienie tego, jak gwiazdy ewoluują i jak żyją i umierają” – mówi Pinsonneault. I, dodaje, jest to przypomnienie, że nawet najlepiej zbadana gwiazda – nasze Słońce – wciąż ma swoje tajemnice.
