Les neutrinos prouvent que notre Soleil subit un second type de fusion en son centre
Comme toutes les étoiles, notre Soleil est alimenté par la fusion de l’hydrogène en éléments plus lourds.
La fusion nucléaire n’est pas seulement ce qui fait briller les étoiles, c’est aussi une source primaire des éléments chimiques qui font le monde autour de nous.
Une grande partie de notre compréhension de la fusion stellaire provient de modèles théoriques de noyaux atomiques, mais pour notre étoile la plus proche, nous avons également une autre source : les neutrinos créés au cœur du Soleil.
Chaque fois que les noyaux atomiques subissent une fusion, ils produisent non seulement des rayons gamma de haute énergie, mais aussi des neutrinos. Alors que les rayons gamma chauffent l’intérieur du Soleil pendant des milliers d’années, les neutrinos sortent du Soleil à une vitesse proche de celle de la lumière.
Les neutrinos solaires ont été détectés pour la première fois dans les années 1960, mais il était difficile d’en apprendre beaucoup sur eux, si ce n’est qu’ils étaient émis par le Soleil. Cela a prouvé que la fusion nucléaire se produit dans le Soleil, mais pas le type de fusion.
Selon la théorie, la forme dominante de fusion dans le Soleil devrait être la fusion de protons qui produit de l’hélium à partir de l’hydrogène. Connue sous le nom de chaîne PP, c’est la réaction la plus facile à créer pour les étoiles.
Pour les étoiles plus grandes avec des noyaux plus chauds et plus denses, une réaction plus puissante connue sous le nom de cycle CNO est la source d’énergie dominante. Cette réaction utilise l’hydrogène dans un cycle de réactions avec le carbone, l’azote et l’oxygène pour produire de l’hélium.
Le cycle CNO explique en partie pourquoi ces trois éléments sont parmi les plus abondants dans l’Univers (autres que l’hydrogène et l’hélium).
Le cycle CNO s’enclenche à des températures plus élevées. (RJ Hall)
Au cours de la dernière décennie, les détecteurs de neutrinos sont devenus très efficaces. Les détecteurs modernes sont également capables de détecter non seulement l’énergie d’un neutrino, mais aussi sa saveur.
Nous savons maintenant que les neutrinos solaires détectés lors des premières expériences ne proviennent pas des neutrinos courants à chaîne PP, mais de réactions secondaires telles que la désintégration du bore, qui créent des neutrinos à plus haute énergie, plus faciles à détecter.
Puis, en 2014, une équipe a détecté des neutrinos de faible énergie directement produits par la chaîne PP. Leurs observations ont confirmé que 99 % de l’énergie du Soleil est générée par la fusion proton-proton.
Les niveaux d’énergie de divers neutrinos solaires. (HERON/Université de Brown)
Alors que la chaîne PP domine la fusion dans le Soleil, notre étoile est suffisamment grande pour que le cycle CNO se produise à un niveau bas. C’est ce qui devrait expliquer ce 1 % supplémentaire de l’énergie produite par le Soleil.
Mais comme les neutrinos CNO sont rares, ils sont difficiles à détecter. Mais récemment, une équipe a réussi à les observer.
L’un des plus grands défis de la détection des neutrinos CNO est que leur signal a tendance à être enterré dans le bruit des neutrinos terrestres. La fusion nucléaire ne se produit pas naturellement sur Terre, mais de faibles niveaux de désintégration radioactive des roches terrestres peuvent déclencher des événements dans un détecteur de neutrinos qui sont similaires aux détections de neutrinos CNO.
L’équipe a donc créé un processus d’analyse sophistiqué qui filtre le signal des neutrinos des faux positifs. Leur étude confirme que la fusion des CNO se produit dans notre Soleil aux niveaux prévus.
Le cycle des CNO joue un rôle mineur dans notre Soleil, mais il est central pour la vie et l’évolution des étoiles plus massives.
Ce travail devrait nous aider à comprendre le cycle des grandes étoiles, et pourrait nous aider à mieux comprendre l’origine des éléments plus lourds qui rendent la vie sur Terre possible.
Source : Universe Today – Traduit par Anguille sous roche
