Mis paneb Päikese särama?
Teadlased teavad juba üle saja aasta, et Päikeselt Maani jõudev energia ei vallandu mitte hiiglasliku söepalli põlemisel, vaid tuumasünteesi mõjul. Selle täpne reaktsiooniahel on jäänud aga suuresti teoreetilise füüsika pärusmaaks. Nüüd on füüsikud registreerida viimaks osakesi, mis tekkisid kahe prootoni deuteeriumiks sulandumise tagajärjel.
Päikeseta poleks elu. Nii pole imestusväärne, et päikese energiaallika väljaselgitamine pakkus inimestele peavalu tuhandeid aastaid. Võimalikus kütuseallikas peegeldus isegi nende maailmapilt. Kui päikese energia oleks vallandunud söetüki põlemisel, poleks olnud ka 2000 aasta vanuses Maas olnud midagi erilist.
Termodünaamika võidukäigu tõttu olid jõudnud teadlased 19. sajandiks oli jõutud gravitatsiooni mõjul kokku tõmbuva gaasipallini. Mida rohkem gaasi kokku surutakse, seda eredamalt oleks see hõõgunud. Isegi sellisel juhul poleks saanud aga olla Päike Lord Kelvini arvutuste kohaselt vanem kui 30 miljonit aastat. Viimane oleks olnud otseselt vastuolus Charles Darwini kivimitel põhineva ennustusega.
Maailmapilti muutis radikaalselt alles relatiivsusteooria, mis pani paari massi ja energia. Arthur Eddington pakkus 1920. aastal neljast prootonist koosneva heeliumi ja prootoni massierinevuse põhjal välja, et energia tuleneb vesiniku heeliumiks muundumisest. Termotuumareaktsioonid hoiaksid tähte põlemas miljardeid aastaid.
Käsikäes kvantmehaanika arenguga suudeti tuletada ka oletatav reaktsiooniahel, millega heeliumi sünteesi kirjeldab. Oletuse otseselt proovile panemine osutus aga keerukaks – termotuumareaktsioonid toimuvad sügaval Päikese sisemuses.
Lahendust pakkusid samade reaktsioonide käigus vallanduvad neutriinod. Kummituslikud osakesed astuvad muu ainega vastastikmõjju sedavõrd harva, et suudaksid läbistada isegi valgusaasta paksuseid pliiseinu. Kui valgusel kulub tähe pinnale jõudmine aega kümneid tuhandeid aastaid, siis neutriinod jõuavad Maani kümnekonna minutiga. Osakeste poolt kantavast energiast saab omakorda tuletada, millise termotuumareaktsiooni käigus need täpselt vallandusid.
Prooton-prooton tuumasünteesile iseloomulike neutriinode leidmine nõudis ülitundlikku detektorit. Vaatamata oma kummituslikkusele põrkavad neutriinod aega-ajalt kokku mõne aatomiga. Selle tulemusel lüüakse üks elektronidest aatomi küljest lahti, tekitades ühtlasi õrna valgusjälge. Võimaliku signaali matkivate allikate vähendamiseks asub üks sellks kasutatav eksperiment – Borexino – Itaalias 1400 meetri sügavusel maa-all.
Isegi siis osutus aga andmete analüüsimine Andrea Pocero töörühma jaoks vaevanõudvaks. Sarnane signaal tekib näiteks radioaktiivse süsinik-14 lagunemisel.
Mitme aasta järel suutis Pocero kolleegidega tuvastada siiski piisavalt palju signaale, et usaldusväärselt huvialuste neutriinode olemasolu kinnitada. Tulemused annavad kinnitust, et astrofüüsikud mõistsid enam kui 70 aasta eest Päikesel toimuvat juba küllaltki hästi. Analoogia põhjal saab järeldusi laiendada 90 protsendile Linnutee tähtedele.
Samuti pakub see võimalust kontrollida mitmete teiste teooriate paikapidavust. Näiteks on neutriinodel omadus oma leptonlaengut ehk maitset muuta – elektronneutriinod saavad muunduda näiteks müüon- ja tauneutriinodeks. Teooria kohaselt tuleb taolisi muundumusi madalama energiaga, sh prooton-prooton tuumasünteesi ehk pp-neutriinode puhul ette harvem.
Lisaks saaks pp-neutriinode alusel kontrollida seost Päikese ereduse ja tuumas vallanduva energia vahel. Kuna tähevalgusel võtab tähe pinnale jõudmine aega umbes 100 000 aastat, poleks võimalik ebakõla avastada, kui tuuma temperatuur muutub lühematel ajaskaaladel. Neutriinodega saaks tuuma kraadida aga aastate lõikes.
Uurimus ilmus ajakirjas Nature.
Toimetaja: Jaan-Juhan Oidermaa
Allikas: Nature