استفاده از نوترینو‌ها برای مطالعه هسته خورشید

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا در دسامبر سال گذشته از فاصله ۳.۸ میلیون مایل بالاتر از سطح خورشید پرواز کرد و به نزدیکترین شیء ساخته شده توسط بشر به خورشید تبدیل شد.

در حالی که این ماموریت، یک دستاورد قابل توجه در تحقیقات فضایی بود، دانشمندان قصد دارند نه تنها سطح خورشید، بلکه فعالیت درون هسته آن را نیز مطالعه کنند، زیرا محیط داخلی خورشید نقش مهمی در تعیین آب و هوا در فضا و همچنین شرایط آب و هوایی زمین دارد.

به نقل از آی‌ای، دانشمندان در حال حاضر برای درک مشخصات چگالی خورشید بر مدل‌های نظری تکیه می‌کنند.

اکنون یک مطالعه جدید امکان مطالعه فضای داخلی خورشید با استفاده از نوترینو‌ها را بررسی می‌کند. این مطالعه نشان می‌دهد که نوترینو‌هایی که در طول همجوشی هسته‌ای ساطع می‌شوند، می‌توانند بینش‌هایی در لحظه و بی‌درنگ از فرآیند‌هایی که در اعماق هسته خورشید رخ می‌دهند، ارائه دهند و این اطلاعات می‌تواند به ما در پیش‌بینی دقیق‌تر فعالیت خورشیدی کمک کند.

گرفتن نوترینو از خورشید

نوترینو (neutrino) یک ذره بنیادی است که از نظر الکتریکی خنثی است و به ندرت وارد برهمکنش می‌شود. نوترینو به معنی «کوچک خنثی»، معمولاً با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند و قادر است از درون مواد تقریباً بدون هیچ برهمکنشی عبور نماید. نوترینو‌ها دارای جرم بسیار کوچک، اما غیر صفر هستند.

از آنجایی که نوترینو‌ها بار الکتریکی ندارند، تحت تأثیر نیرو‌های الکترومغناطیسی قرار نمی‌گیرند. نوترینو‌ها تنها تحت تأثیر نیروی هسته‌ای ضعیف که در مقایسه دارای بُرد بسیار کوتاه‌تری از نیروی الکترومغناطیس است، قرار می‌گیرند؛ لذا قادر هستند مسافت‌های بسیار طولانی را درون مواد بدون برهمکنش طی نمایند.

نوترینوی خورشیدی (Solar neutrino) نیز الکترون‌نوترینو‌هایی هستند که در خورشید به عنوان محصولی از همجوشی هسته‌ای در خورشید تولید می‌شود. نوترینو‌های خورشیدی با تفاوت بسیار بالایی بزرگترین شار نوترینو‌هایی که از منابع طبیعی روی زمین مشاهده می‌شوند را تشکیل می‌دهند.

به طور کلی، دانشمندان از مدل استاندارد خورشیدی (SSM) برای درک فعالیت درونی خورشید و پیش‌بینی تغییراتی که هسته آن در طول زمان متحمل می‌شود، استفاده می‌کنند. این یک مدل نظری مبتنی بر اصول بنیادی فیزیک و مشاهدات انجام شده توسط دانشمندان است.

با این حال، نویسندگان این مطالعه جدید، رویکرد مستقیم‌تری را پیشنهاد می‌کنند. به خوبی شناخته شده است که هسته خورشیدی به دلیل واکنش‌های همجوشی به طور مداوم نوترینو ساطع می‌کند. این ذرات ریز و تقریباً بدون جرم از سمت خورشید حرکت می‌کنند و به فضا می‌گریزند و برخی از آنها به سیاره ما می‌رسند.

نویسندگان این مطالعه می‌گویند در اینجا روی زمین، این نوترینو‌ها را می‌توان توسط رصدخانه‌های زیرزمینی شناسایی کرد و برای نظارت بر فعالیت‌های درونی خورشید استفاده کرد.

نکته ویژه در مورد نوترینو‌ها این است که وقتی از چیزی عبور می‌کنند، اطلاعات محیط و خواص آن را با خود حمل می‌کنند. این نیز زمانی اتفاق می‌افتد که آنها از درون خورشید سفر می‌کنند. آنها از نوعی به نوع دیگر تغییر می‌کنند. این تغییرات که «نوسانات» نامیده می‌شوند، تحت تأثیر چگالی موادی هستند که از درون خورشید عبور می‌کنند.

دانشمندان با مطالعه نوسانات در سطوح مختلف انرژی می‌توانند جزئیاتی را در مورد ساختار چگالی خورشید، فراتر از آنچه مدل‌های سنتی ارائه می‌دهند، استنباط کنند.

ساختار چگالی به نحوه توزیع جرم خورشید در اعماق مختلف اشاره دارد. مثلا اینکه اساساً چقدر محکم از هسته تا سطح بسته شده است.

برخی از محققان قبلا استفاده از انتشار نور (فوتون) را برای مطالعه محیط خورشید پیشنهاد کرده‌اند. با این حال، فوتون‌ها ممکن است قرن‌ها طول بکشد تا از هسته متراکم خورشیدی فرار کنند که آنها را در ارائه اطلاعات در لحظه و بی‌درنگ ناتوان می‌کند. از سوی دیگر، نوترینو‌ها تقریباً فوراً از خورشید عبور می‌کنند و بینش‌هایی را به صورت زنده و در لحظه از آنچه در اعماق خورشید اتفاق می‌افتد، به دست می‌دهند.

تحولات جدید مورد نیاز است

در حالی که روش مطالعه نوترینو جالب به نظر می‌رسد، هنوز مشخص نیست که دانشمندان چقدر می‌توانند در مورد ساختار چگالی خورشید از آنها بیاموزند. اگرچه آزمایش‌های نوترینویی موجود بینش‌های ارزشمندی را ارائه کرده‌اند، اما برای اندازه‌گیری‌های دقیق به داده‌های بیشتری نیاز است.

به همین دلیل است که دانشمندان منتظر اطلاعات بیشتر از آزمایش‌های آتی مانند JUNO و DUNE هستند. اولی مخفف «رصدخانه زیرزمینی نوترینو جیانگمن» است. این آزمایشی در چین است که برای مطالعه نوترینو‌های راکتور‌های هسته‌ای طراحی شده است.

دومی نیز «آزمایش نوترینویی زیرزمینی عمیق»، یک آزمایش بزرگ در ایالات متحده است که نوترینو‌ها را هم از منابع مصنوعی (مانند شتاب دهنده‌های ذرات) و هم از منابع طبیعی (مانند خورشید) مورد مطالعه قرار می‌دهد و یکی از اهداف کلیدی آن، شناسایی نوترینو‌های خورشیدی کمیاب، از جمله نوترینو‌های هپ (hep) است که در هسته خورشید در طول واکنش‌های همجوشی تولید می‌شوند.

این مطالعه در پایگاه arXiv منتشر شده است و هنوز مورد بررسی همتا قرار نگرفته است.