Данные нейтринных обсерваторий TRIDENT и JUNO улучшат точность моделирования солнечных недр в режиме реального времени

Исследователи делают всё более уверенные шаги к созданию «карты» внутреннего устройства Солнца с помощью нейтрино — мельчайших частиц, формирующихся в ядерных реакциях глубоко в недрах звезды. Эти почти безмассовые частицы обладают удивительной способностью беспрепятственно проникать сквозь материю, неся с собой бесценные сведения о процессах, происходящих в центре Солнца. В отличие от фотонов, которые могут покинуть недра звезды лишь после продолжительного путешествия, длящегося сотни тысяч лет из-за постоянного рассеяния в плотной плазме, нейтрино достигают поверхности Земли практически мгновенно, предоставляя актуальные данные о нынешнем состоянии нашего светила.

Исследования базируются на Стандартной солнечной модели (SSM), описывающей строение и развитие звезды. Однако до недавнего времени такие параметры, как плотность и температура её ядра, оставались в сфере теоретических вычислений, сделанных на основе анализа поверхностных наблюдений. Нейтрино, возникающие в результате различных термоядерных процессов (например, протон-протонного цикла или CNO-цикла), имеют уникальные энергетические характеристики, изучение которых позволяет скорректировать представление о распределении плотности в солнечном ядре.

Китайские учёные разрабатывают проект TRIDENT для детектирования нейтрино, возникающих на Солнце. В рамках этого инициатива создаётся подводный симулятор, где проверяются различные методы регистрации этих частиц.

Одновременно международная команда научных работников, в состав которой входят Питер Б. Дентон из Брукхейвенской национальной лаборатории и Чарльз Гурли из Политехнического института Ренсселера, продемонстрировала, что нейтринные колебания (изменение «аромата» от электронного к мюонному или тау-типа) в зависимости от плотности среды являются ключом к пониманию структуры Солнца. Это явление, известное как эффект Михеева-Смирнова-Вольфенштейна (MSW), связывает наблюдаемый на Земле поток нейтрино с плотностью в областях их возникновения.

Тем не менее, методология остаётся в определённых рамках: для Стандартной солнечной модели всё ещё необходима калибровка через данные независимых экспериментов, таких как замеры нейтрино из ядерных реакторов. Для достижения большей точности нужны инициативы вроде JUNO (Китай) и DUNE (США), которые помогут лучше понять нейтринные осцилляции. Совместный анализ сведений от солнечных и реакторных нейтрино, как подчёркивают авторы исследования, может привести к созданию более точной 3D-модели ядра Солнца и проверить прогнозы SSM.

Солнце, возраст которого оценивается в 4,6 миллиарда лет, остаётся основным источником энергии для Земли, но внутренние явления в нём ещё не исследованы в полной мере. Развиваемая нейтринная астрономия в рамках проектов, таких как TRIDENT, открывает новое направление в изучении не только Солнца, но и других звёзд, нейтрино которых можно будет фиксировать в будущем.

Источник: iXBT