- Nová studie ukazuje, že ultralehké částice mohou odhalit skutečnou hustotu slunečního jádra
- K tomu nám poslouží neutrina, která vznikají při jaderné fúzi
- Dráha neutrin není výrazně ovlivňována okolím, jako je tomu u fotonů
V prosinci minulého roku se sonda Parker Solar Probe přiblížila ke Slunci na „pouhých” 6,1 milionu kilometrů, nejblíže, kam se kdy lidské zařízení dostalo. Pro porovnání to je asi 15× větší vzdálenost než na Měsíc. Přesto se vědcům stále nedaří nahlédnout pod povrch naší nejbližší hvězdy. Klíč k pochopení toho, co se děje hluboko v jejím nitru, však možná nenajdeme ve fyzikálních modelech, ale v záhadných částicích zvaných neutrina.
Teoretické modely vs. reálný přenos informací
V současnosti se k popisu vnitřní struktury Slunce používá tzv. standardní sluneční model (SSM). Ten kombinuje znalosti fyziky s pozorováním povrchových jevů, jako jsou sluneční skvrny nebo sluneční vítr. Problém je, že všechny tyto informace pocházejí až z horních vrstev Slunce – z hlubokého nitra máme jen nepřímé důkazy.
Fotonům, tedy částicím světla, trvá tisíce až miliony let, než se dostanou z jádra Slunce na jeho povrch. Jsou totiž neustále rozptylovány, pohlcovány a znovu vyzařovány elektrony v extrémně hustém a horkém plazmatu, které tvoří vnitřní vrstvy hvězdy. Tato zdlouhavá cesta znamená, že informace, které k nám světlo ze Slunce přináší, jsou vlastně staré a odrážejí podmínky, jaké panovaly hluboko ve Slunci před mnoha tisíci lety.
Neutrina jsou extrémně malé, téměř částice, které vznikají při jaderných reakcích, například ve hvězdách nebo v jaderných elektrárnách.
Oproti tomu neutrina mají zcela jinou povahu – nereagují téměř s žádnou hmotou, takže proletí celým Sluncem bez jakéhokoli zdržení. Jakmile vzniknou při jaderné fúzi v samotném jádru, opustí Slunce během několika sekund a dorazí k Zemi za pouhých osm minut, téměř rychlostí světla. Jsou tak jedinečnými nositeli „živých“ informací – v reálném čase nám říkají, co se právě děje uvnitř slunečního nitra.
Neutrina špehové, kteří nám přinášejí informace ze slunečního jádra
Sluneční jádro funguje jako gigantická jaderná pec, kde při teplotách přesahujících 15 milionů stupňů Celsia probíhá proces termojaderné fúze. Při této reakci se slučují atomová jádra vodíku a vytvářejí jádra helia, přičemž se uvolňuje obrovské množství energie. Vedlejšími produkty tohoto procesu jsou mimo jiné i neutrina – extrémně lehké a pronikavé částice, které vznikají přímo v jádru hvězdy a téměř okamžitě začínají unikat do okolního vesmíru.
Na Zemi jsou dnes vědci schopni neutrina zachytit pomocí speciálních detektorů, které se nacházejí hluboko pod zemským povrchem – například v bývalých dolech nebo v podzemních laboratořích. Tato místa slouží jako ochrana před rušivým zářením a částicemi z kosmu i zemské atmosféry, které by mohly měření ovlivnit. Díky těmto observatořím mohou fyzikové sledovat neutrina přicházející ze Slunce a získávat tak přímé informace o tom, co se děje hluboko pod jeho povrchem.
Zvláštní a vědecky nesmírně cenný je jev zvaný neutrinová oscilace. Znamená to, že neutrino se při své cestě vesmírem (nebo třeba právě od Slunce) může přeměnit z jednoho typu na jiný. Existují tři známé varianty, a to elektronová, mionová a tauová neutrina – a ty se vzájemně přepínají podle toho, jak hustým a jakým prostředím právě procházejí. To dává vědcům zcela nový nástroj na sledování změn v počtu a typu detekovaných neutrin. Na základě těchto informací je možné odvodit hustotu a strukturu hmoty uvnitř Slunce.
Tato metoda se zatím nachází ve fázi intenzivního výzkumu, ale už dnes se ukazuje jako slibná alternativa k tradičním teoretickým modelům. Vědecký zájem se nyní soustředí na co nejpřesnější měření neutrinových oscilací a také na detekci extrémně vzácných neutrin, například tzv. hep neutrin. Ty vznikají při méně častých, ale energeticky velmi intenzivních jaderných reakcích v jádře Slunce a mohou přinést klíčové informace o procesech, které tam probíhají.
Hlavními lídry je opět Čína a USA
Důležitou roli v tomto směru budou hrát nové neutrinové experimenty. V Číně právě vzniká obří podzemní observatoř JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory), která bude detekovat neutrina nejen ze sluneční fúze, ale také z jaderných elektráren.
Ve Spojených státech se pak připravuje projekt DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), který má ambici stát se největším neutrinovým experimentem na světě. Jeho detektory budou schopny zachytit neutrina z různých zdrojů – včetně těch nejslabších slunečních signálů. Cílem těchto projektů je získat dostatek dat, která umožní zpřesnit modely hustoty slunečního nitra a porovnat je s dosavadními výpočty. Pokud se tato metoda osvědčí, mohli bychom získat vůbec první „živý přenos“ z nitra hvězdy.
K čemu je to dobré?
Pochopení struktury a dynamiky slunečního jádra není jen akademická záležitost. Sluneční aktivita totiž ovlivňuje nejen vesmírné počasí, ale i klima na Zemi, stabilitu satelitů, telekomunikační systémy nebo provoz elektrických sítí. Lepší porozumění procesům uvnitř Slunce může pomoci předvídat erupce a sluneční bouře s větší přesností.
