راز انفجارهای کیهانی با اندازه‌گیری‌های هسته‌ای فاش شد

پژوهشگران با اندازه‌گیری دقیق واکنش‌های هسته‌ای در اَبَرنواَخترها و انفجارهای پرتو ایکس، گامی بلند به سوی درک مرگ ستارگان و منشأ عناصر شیمیایی برداشته‌اند.

وبگاه فیز در گزارشی آورده است: ستاره‌شناسان هنوز درک کاملی از انفجارهای کیهانی ندارند، اما دو مطالعه جدید که در نشریه فیزیکال ریویو لِتِرز/ Physical Review Letters منتشر شده، اطلاعات جدیدی درباره اَبَرنواَخترها و انفجارهای پرتو ایکس، دو نوع از قدرتمندترین انفجارهای جهان، ارائه داده است.

اَبَرنواَخترها؛ مرگ تماشایی ستارگان

ابرنواخترها انفجارهای درخشان و قدرتمندی هستند که پایان زندگی ستارگان پرجرم را نشان می‌دهند. یکی از بهترین سرنخ‌ها برای درک این انفجارها، تیتانیوم۴۴ است؛ این عنصر رادیواکتیو که در جریان انفجار تولید می‌شود، مانند یک ردپای رادیواکتیو تا سال‌ها پس از آن توسط تلسکوپ‌های فضایی تشخیص‌پذیر است.

پژوهشگران دانشگاه ساری انگلیس با همکاری آزمایشگاه ملی آرگون در آمریکا، برای نخستین‌بار موفق شدند سرعت واکنش هسته‌ای را اندازه‌گیری کنند که تعیین می‌کند چه مقدار تیتانیوم۴۴ در یک انفجار ابرنواختری تولید می‌شود.

نتیجه این اندازه‌گیری نشان داد که این واکنش بسیار کندتر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد رخ می‌دهد. در نتیجه، مقدار تیتانیوم۴۴ که پیش‌بینی می‌شود در این انفجارها تولید شود، تا ۳۵ درصد افزایش یافته است؛ این یافته به اخترشناسان امکان می‌دهد مدل‌های رایانه‌ای خود را با داده‌های واقعی تطبیق دهند و گامی بلند به سوی درک دقیق‌تر از چگونگی وقوع انفجارهای ابرنواختری بردارند.

دکتر کریستوفر کازینز (Christopher Cousins)، پژوهشگر پسادکتری در گروه فیزیک هسته‌ای دانشگاه ساری، توضیح می‌دهد: دیدن پیشرفت این حوزه بسیار هیجان‌انگیز است. این اندازه‌گیری‌ تا همین دو دهه پیش غیرممکن به نظر می‌رسید، اما اکنون بینش تازه‌ای درباره یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌های بی‌پاسخ اخترفیزیک به ما می‌دهد.

انفجارهای پرتو ایکس؛ مکررترین انفجارهای کیهان

مطالعه دوم به نوع پرتوهای پرتو ایکس (نوع یک) اختصاص داشت که رایج‌ترین انفجارهای ستاره‌ای در جهان هستند. انفجار پرتو ایکس، مانند یک چشمک سریع و پرانرژی در آسمان است که بارها و بارها از یک ستاره نوترونی رخ می‌دهد. این انفجارها زمانی رخ می‌دهند که یک ستاره نوترونی (هسته بسیار متراکم یک ستاره مرده) ماده را از ستاره مجاور خود می‌رباید. این ربوده‌شدن ماده، واکنش‌های گرما هسته‌ای مکرری را آغاز می‌کند که عناصر سنگین‌تر را می‌سازد و انرژی عظیمی آزاد می‌کند.

پژوهشگران در مرکز جدید پرتوهای ایزوتوپ نادر (FRIB) در میشیگان، واکنش هسته‌ای تغذیه‌کننده این انفجارها را با دقتی بی‌سابقه اندازه‌گیری کردند و عدم قطعیت درباره رفتار این واکنش را بیش از ۱۰ برابر کاهش دادند.

نتایج، پرسشی طولانی‌مدت درباره نقش چرخه نیکل‌مس را پاسخ داد. این چرخه فرآیندی است که می‌تواند مواد را در طول انفجار به دام بیندازد. پژوهشگران نشان دادند که این چرخه تأثیرگذار است، اما تنها درصد کمی از مواد را به دام می‌اندازد که تصویر واقع‌گرایانه‌تری از این انفجارها به‌دست می‌دهد.

دکتر کانر اوشی (Connor O'Shea)، پژوهشگر پسادکتری در اخترفیزیک هسته‌ای، اظهار کرد: یکی از بزرگ‌ترین مجهولات این بود که آیا مواد در طول یک انفجار پرتو ایکس در چرخه نیکل‌مس به دام می‌افتند یا نه. نشان دادیم که این اتفاق رخ می‌دهد، اما احتمالاً تنها درصد کمی از مواد به دام می‌افتند که تصویر واقع‌گرایانه‌تری از این انفجارها به ما می‌دهد.

گامی به سوی مدل‌های دقیق‌تر

پروفسور گوین لوتای (Gavin Lotay)، استاد اخترفیزیک هسته‌ای و سرپرست گروه پژوهشی، توضیح داد: با وجود دهه‌ها پژوهش، هنوز واکنش‌های هسته‌ای که پشت تماشایی‌ترین انفجارهای ستاره‌ای جهان قرار دارند، به‌طور کامل درک نشده‌اند.

او تأکید کرد که این دو مطالعه، برای اولین‌بار شواهد تجربی مطمئنی را در اختیار دانشمندان قرار داده‌اند تا به جای تکیه بر نظریه و تخمین، بتوانند به داده‌های واقعی متکی شوند.

به گفته این دانشمند، این یافته‌ها تصویر بسیار واضح‌تری از چگونگی وقوع انفجارها ارائه می‌دهند و به اخترشناسان امکان می‌دهند مدل‌های خود را با مشاهدات نجومی تطبیق دهند و گامی بلند به سوی درک چگونگی ایجاد و پخش عناصر شیمیایی در جهان بردارند. درک این انفجارها به ما کمک می‌کند تا بدانیم عناصر سازنده بدن خودمان (مانند آهن و کلسیم) چگونه در دل ستارگان ساخته شده و به زمین رسیده‌اند.

منبع: ایرنا