انتشار این مقاله


دستاوردهای عظیم (۹۹) : کشف شواهدی مبنی بر هسته‌زایی ستارگان

نزدیک ۷۰ سال پیش، Paul Merrill اولین شواهد مبنی بر سنتز عناصر در ستارگان را هنگامی که در رصدخانه Wilson Mount کار می‌کرد، کشف کرده‌بود.

نزدیک ۷۰ سال پیش، Paul Merrill اخترشناس هنگامی که در رصدخانه Wilson Mount واقع در Pasadena کالیفرنیا به دنبال ستارگان بود، مشاهده کرد که در نوری که از ستاره‌ای دور می‌آید، نشانه‌هایی از عنصر technetium وجود دارد.

این رویداد کاملا غیرمنتظره بود. تکنتیوم هیچ فرم پایداری نداشت، این هم همان چیزی است که اخترشناسان آن را عنصر مصنوعی خواندند. هنگامی که Merrill می‌خواست شخصا از قضیه سر در بیاورد، به طور شگفت‌انگیزی یک عنصر ناپایدار را در یافته‌بود.

هر تکتینیومی که در زمان تشکیل ستاره‌ها حضور می‌داشت، در زمان‌های قدیم باید خود را عنصر دیگری تبدیل می‌کرد مثل، Ruthenium و molybdenum. چون عنصر مصنوعی است، پس باید زمانی چیزی تکتونیومی را که Merrill کشف کرده‌است، درست کرده‌باشد.

در ۲ می ۱۹۲۵، Merrill کشف خود را در ژورنال Science چاپ کرد. ۳ تفسیری که توسط Merrill  به منظور جواب به این معما ارائه شده‌است، به شرح ذیل می‌باشند: ستاره‌ها عناصر سنگین ایجاد می‌کنند! Merrill نه تنها مشاهده‌ای معماگونه را توضیح داده بود، بلکه دری جدید را برای درک منشاهای کیهانی گشوده‌بود. همه کشف‌های علمی باعث تغییر دید ما از جهان نمی‌شوند ولی این مورد از استثناها بود. تصویر جدیدی که از کیهان ظاهر شده‌بود شگفت‌انگیز بود و پیامدهای این کشف امروزه هم محرک  تحقیقات علوم هسته‌ای می‌باشد.

عناصر از کجا می‌آیند؟

در اوایل دهه ۵۰، اینکه عناصر چگونه جهان، منظومه خورشیدی و حتی بدن ما را تشکیل می‌دهند، برای دانشمندان آن زمان نامشخص بود. در ابتدا، مشهور ترین سناری این بود که همه آن‌ها در بیگ بنگ ساخته شده‌اند.

اولین سناریوی جایگزین بیگ بنگ توسط دانشمندان معروف ان زمان، مانند Hans Bethe (برنده نوبل فیزیک ۱۹۶۷) Carl Friedrich von Weizsäcker (مدال ماکس پلانک ۱۹۵۷) و Fred Hoyle (مدال سلطنتی ۱۹۷۴) ارائه شد. ولی هیچ کس تئوری قانع‌کننده‌ای را برای منشا عناصر نتوانست ارائه بدهد، تا زمانی که مشاهده معروف Paul Merrill اتفاق افتاد.

کشف Merrill موجب ایجاد یک زمینه علمی کاملا جدید شد: هسته‌زایی ستاره‌ای. به طور خلاصه به مطالعه چگونگی ایجاد  عناصر، یا به طور دقیق‌تر هسته‌های اتمی، می‌پردازد. مدت زیادی طول نکشید که دانشمندان توانستند به طور دقیق فرآیندهای انجام‌شده برای ایجاد عناصر را شناسایی کنند. در اینجاست که پای فیزیک هسته‌ای به میان می‌آید تا مشاهده شگفت‌انگیز Merrill را شرح دهد.

همجوشی هسته‌ها در قلب یک ستاره

پله پله، عنصر به عنصر، فرآیندهای هسته‌ای در ستارگان اتم‌های هیدروژن را به عناصر بزرگ‌تر تبدیل می‌کنند، از هلیوم و کربن گرفته و تا سنتز تکتنیوم و عناصر سنگین‌تر پیش می‌روند.

۴ دانشمند هسته‌ای برجسته آن زمان با هم شروع به کار کردند و در سال ۱۹۵۷ مقاله‌ای را با عنوان “سنتز عناصر در ستارگان” ارائه دادند: Margaret Burbidge (جایزه علمی جهانی آلبرت اینشتین، ۱۹۸۸)، Geoffrey Burbidge (مدال بروس، ۱۹۹۹)، William Fowler (نوبل فیزیک، ۱۹۸۳)  و Fred Hoyle(مدال سلطنتی، ۱۹۷۴). این مقاله که با عنوان B2FH نیز شناخته می‌شود، هنوز هم مرجعی برای توصیف فرایندهای اخترفیزیکی در ستارگان به شمار می‌آید. Al Cameron (جایزه Hans Bethe 2006) در همان سال مستقل از این تیم، در مقاله خود با عنوان “هسته‌زایی و واکنش‌های هسته‌ای در ستارگان” به همان تئوری که در مقاله آن‌ها ارائه شده‌بود، رسید.

این داستانی است که آن‌ها سر و هم کرده‌اند.

ستارگان بسیار سنگین هستند. شما در وهله اول فکر می‌کنید که به خاطر جاذبه خود به درونشان فرو بپاشند، ولی این اتفاق نمی‌افتد. آنچه که از این فروپاشی جلوگیری می‌کند، وقوع هم‌جوشی‌ها در مرکز ستاره می‌باشد.

درون یک ستاره، بیلیون‌ها عدد اتم وجود دارد  که در اطراف خود حرکت می‌کنند و برخی مواقع هم برخوردهایی میان آن‌ها رخ می‌دهد. ابتدا ستاره بسیار سرد است و هنگامی که سهته‌ها به همدیگر نزدیک می‌شوند، عملا همدیگر را پس می‌زنند. هنگامی که ستاره به دلیل جاذبه به هم فشرده می‌شود، دما در مرکز آن بالا می‌رود. در این شرایط هنگامی که هسته‌ها به هم می‌رسند، انرژی کافی را خواهند داشت تا در هم ادغام شوند. این فرایندی است که فیزیکدانان به آن همجوشی هسته‌ای می‌گویند.

این فرایندهای هسته‌ای دو هدف دارند.

اولی اینکه انرژی‌ لازم برای گرم کردن ستاره را آزاد می‌کنند، فشار رو به خارجی را ایجاد می‌کنند که مانع فروپاشی جاذبه‌ای ستاره می‌شود و ستاره را برای میلیاردها سال در تعادل نگه می‌دارد. دوم اینکه عناصر سبک‌تر را به عناصر سنگین‌تر جوش می‌دهند. سپس به آهستگی، با استفاده از مواد اولیه یعنی هیدروژن و هلیوم تکنتیومی که Merrill مشاهده کرد، کلسیمی که در بدن ما است و طلایی را که در جواهرات وجود دارد، می‌سازد.

واکنش‌های هسته‌ای بسیار زیادی در این سنتزها نقش دارند. و مطالعه آن‌ها در آزمایشگاه‌ها بسیار سخت است چون هسته‌ها به سختی با هم جوش می‌خورند. به همین دلیل است که برای ۶ دهه فیزیکدان‌های هسته‌ای تلاش کرده‌اند تا درک بیشتری از واکنش‌های هسته‌ای داشته باشند که ستارگان را به وجود اورده‌اند.

متخصصان فیزیک نجوم هنوز درگیر معمای منشا عناصر هستند.

امروزه راه‌های بسیاری برای مشاهده علائمی از تشکیل عناصر در سراسر جهان وجود دارد. ستاره‌های بسیار قدیمی ردوپایی از مواد تشکیل دهنده آن زمان را در درون خود دارند. هرچقدر که تنوع سن ستارگان کشف‌شده بیشتر می‌شود، ترکیبات آن‌ها اطلاعات بیشتری از داستان ساخت عناصر جهان در ان زمان را بیان می‌کند؛ از زمان تولد آن ستاره که کمی پس از بیگ بنگ بود تا به امروزه.

و هرچقدر که محققان بیشتر یاد می‌گرفتند، تصویری که از موضوع در ذهن خود داشتند، پیچیده‌تر می‌شد. در یک دهه اخیر، مشاهدات شواهد کافی را برای تایید این موضوع فراهم کردند که فرآیندهای ساخت عناصر از انچه که انتظار می‌رفت،  وسیع‌تر بوده‌اند. به خاطر برخی از این فرایندها، ما هنوز حتی نمی‌دانیم که چه نوع ستاره‌هایی ایجاد شده‌است یا چه نوع انفجارهای ستاره‌ای رخ داده‌است. اما متخصصان فیزیک هسته‌ای عقیده دارند که همه این پدیده‌های ستاره‌ای نقشی در ویژگی‌های این ابر غباری مخلوط و غنی از عناصر داشته‌اند که در آخر منظومه شمسی ما را تشکیل داده‌است.

محمد امین اکبرزاده


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *