¿Alguna vez te has preguntado por qué brillan las estrellas? Hoy estamos un paso más cerca de entender cuál es el motor que enciende los cuerpos celestes en la inmensidad del universo. Desde el laboratorio subterráneo más grande del mundo, el experimento Borexino ha logrado, por primera vez y tras años de investigación, pruebas de cómo brillan las estrellas más potentes.

Empecemos por el principio. El Sol y el resto de estrellas se alimentan de hidrógeno. En su núcleo, convierten este elemento en helio a través de dos posibles reacciones de fusión: o bien mediante la denominada cadena protón-protón (pp), que transforma directamente los isótopos de hidrógeno en helio, o bien mediante el ciclo CNO o ciclo Bethe-Weizsäcker, en el que el carbón, el nitrógeno y el oxígeno actúan como catalizadores –de ahí las siglas–.

Mientras que en las estrellas del tamaño del Sol predomina la cadena pp, en las más masivas el protagonista a la hora de producir energía es el ciclo CNO. “La contribución relativa de la fusión de CNO en el Sol es del orden del 1%; sin embargo, en las estrellas masivas, este es el proceso dominante de producción de energía”, explica el artículo publicado en Nature el miércoles en el que se recoge el hallazgo.

Estos procesos de fusión, que liberan una gran cantidad de energía, dejan escapar también unas partículas subatómicas denominadas neutrinos, una vía directa para indagar en el interior de las estrellas. De hecho, gracias a las mediciones de neutrinos se había estudiado ya la cadena pp, más fácil de observar que el ciclo CNO porque es la predominante en la estrella más cercana a la Tierra, el Sol. Es decir, hasta ahora sabíamos cómo se produce el 99% de la energía solar, pero quedaba por descubrir el origen del 1% restante, que es también la manera en que se alimentan las estrellas más potentes. Eso es lo que ahora se ha averiguado desde lo más profundo de la Tierra.

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A la caza de neutrinos

Borexino es un detector de neutrinos construido por el Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear (INFN) y ubicado en el Gran Sasso (Montes Apeninos). Concretamente, se encuentra en el laboratorio subterráneo más grande del mundo, bajo 1.400 metros de roca. Desde allí, su misión ha consistido en captar neutrinos solares, una tarea que ha llevado acabo con tal precisión que ha sido posible distinguir los producidos por el ciclo CNO. Esta sensibilidad se debe a que el detector está protegido de fuentes externas de radiactividad por varias capas, como si fuese una cebolla. Borexino es una inmensa esfera de acero en cuyo interior hay una cámara con un tanque de agua de 300 toneladas.

La detección de neutrinos CNO no es fácil, puesto que son minoritarios y hay que excluir la mayoría del ruido de fondo. Por ello, han sido necesarias décadas de investigación. “La detección de neutrinos producidos en el ciclo CNO lograda por Borexino es la coronación de un esfuerzo incesante, que ha durado años y que nos ha llevado a empujar la tecnología del centelleo líquido más allá de cualquier límite previamente alcanzado y a hacer del corazón de Borexino el lugar menos radiactivo del mundo”, ha explicado a Wired Italia Marco Pallavicini, profesor de la Universidad de Génova y miembro del Consejo Ejecutivo del INFN, copatrocinador del experimento.

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De este modo, se han logrado, por primera vez, pruebas experimentales de cómo brillan las estrellas masivas y, por tanto, del proceso dominante de fusión de hidrógeno en el universo. “Ahora tenemos por fin la primera confirmación experimental de cómo brillan las estrellas más pesadas que el Sol. […] Es la culminación de treinta años de trabajo y de más de diez años de hallazgos de Borexino en la física solar y estelar”, ha reiterado Gianpaolo Bellini, profesor de la Universidad de Milán, investigador del INFN y uno de los padres fundadores de Borexino.

Este histórico descubrimiento completa un capítulo que comenzó con la teorización de Hans Bethe y Carl Friedrich von Weizsacker sobre el ciclo CNO allá por la década de 1930. A la vez, abre un nuevo camino para entender la composición exacta del núcleo del Sol y la formación de estrellas masivas.