به نقل از «ایسنا»

اولین نشانه‌ها از شکافت هسته‌ای در کیهان پیدا شد

تاریخ انتشار: ۲ دی ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۹۳۵۰۴۵۴

اخترشناسان برای اولین بار نشانه‌های شکافت هسته‌ای را در کیهان شناسایی کرده‌اند، چیزی که از دهه ۱۹۵۰ آنها را گیج کرده بود.

به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، دانشمندان آزمایشگاه ملی لس آلاموس و دانشگاه ایالتی نورث کارولینا شواهد قانع‌کننده‌ای از شکافت هسته‌ای در کیهان، به ‌ویژه در طول ادغام ستاره‌های نوترونی کشف کرده‌اند.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

این کشف باورهای دیرینه را به چالش می‌کشد و فصل جدیدی را در درک ما از تشکیل عناصر سنگین در جهان باز می‌کند.

همجوشی هسته‌ای فرآیندی است که طی آن دو هسته اتم با هم ترکیب می‌شوند و هسته سنگین‌تری را تشکیل می‌دهند و مقادیر قابل توجهی انرژی آزاد می‌کنند. این فرآیند نقش مهمی در تولید انرژی ایفا می‌کند که درخشندگی ستاره را حفظ می‌کند.

تکرار همجوشی هسته‌ای در زمین شامل غلبه بر چالش‌هایی مانند ایجاد و حفظ دما و فشار شدید مورد نیاز برای واکنش‌های همجوشی، دستیابی به محصورسازی پایدار پلاسما و توسعه موادی است که بتوانند در شرایط سخت در یک رآکتور همجوشی مقاومت کنند.

در عوض، رآکتورهای هسته‌ای روی زمین با شکافت هسته‌ای کار می‌کنند، جایی که اتم سنگین‌تر به اتم‌های کوچک‌تر تقسیم می‌شود و مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کند.

شکافت هسته‌ای یا فیژن(Nuclear fission) فرآیندی است که در آن یک اتم سنگین مانند اورانیوم به دو اتم سبک‌تر تبدیل می‌شود. وقتی هسته‌ای با عدد اتمی زیاد شکافته شود، بر پایه فرمول اینشتین، مقداری از جرم آن به انرژی تبدیل می‌شود. از این انرژی در تولید برق(در نیروگاه هسته‌ای) یا تخریب(سلاح‌های هسته‌ای) استفاده می‌شود.

همجوشی هسته‌ای، گداخت هسته‌ای یا فیوژن(Fusion) فرآیندی عکس عمل شکافت هسته‌ای است. در فرآیند همجوشی هسته‌ای هسته‌های سبک مانند هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم با یکدیگر همجوشی داده شده و هسته‌های سنگین‌تر و مقداری انرژی تولید می‌شود. برای اینکه همجوشی امکان‌پذیر باشد، هسته‌هایی که در واکنش وارد می‌شوند باید دارای انرژی جنبشی کافی باشند تا بر میدان الکترواستاتیکی پیرامونشان فائق آیند. بنابراین دماهای وابسته به واکنش‌های همجوشی فوق‌العاده بالاست.

دانشمندان مدت‌ها گمان می‌کردند که شکافت هسته‌ای در طول ادغام ستاره‌های نوترونی که یکی از آشفته‌ترین رویدادهای کیهان است، رخ می‌دهد. آنها آن‌قدر قوی هستند که امواجی را در سراسر بافت فضا-زمان روانه می‌کنند.

اکنون یک تیم تحقیقاتی به رهبری فیزیکدان نظری متیو مام‌پاور، طبق مدل‌ها و مشاهدات، اولین نشانه‌های شکافت هسته‌ای را در کیهان یافته‌اند.

مام‌پاور در بیانیه‌ای مطبوعاتی گفت: مردم فکر می‌کردند شکافت در کیهان اتفاق می‌افتد، اما تا به امروز، هیچ‌کس نتوانسته بود آن را ثابت کند.

فرآیند جذب سریع نوترون

این مطالعه بر فرآیند جذب سریع نوترون(فرآیند r) متمرکز بود، پدیده‌ای که در محیط‌های غنی از نوترون مانند ادغام ستاره‌های نوترونی یا انواع خاصی از ابرنواخترها رخ می‌دهد.

تصور می‌شود که «فرآیند r» مسئول ایجاد عناصر سنگین‌تر از آهن باشد. با این حال، جزئیات پیچیده آن مبهم باقی مانده، زیرا نمی‌توان آن را مستقیماً در یک محیط آزمایشگاهی مطالعه کرد.

این تیم تحقیقاتی، فراوانی عناصر را در ۴۲ ستاره غنی شده با مواد فرآیند r و توزیع عناصری مانند روتنیم، رودیوم، پالادیوم و نقره مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. هدف این تجزیه و تحلیل، شناسایی بیش از حد همبسته در توزیع عنصر بود که به طور اساسی فرآیندها را در طول ادغام ستاره‌های نوترونی روشن می‌کند.

این فرآیند مشاهده شده در فراوانی عناصر خاص، بینش‌های ارزشمندی را در مورد مکانیسم‌ها و فعل و انفعالات خاص درگیر در ادغام ستاره‌های نوترونی ارائه می‌کند و پنجره‌ای منحصر به فرد را برای تشکیل عناصر سنگین در جهان ارائه می‌دهد.

همبستگی مشاهده شده بین فلزات سبک و هسته‌های خاکی کمیاب به عنوان یک سرنخ محوری عمل کرد. این الگوی همبستگی نه تنها پیش‌بینی‌های قبلی تیم را تأیید کرد، بلکه به دخالت شکافت هسته‌ای نیز اشاره کرد.

مقایسه دقیق همبستگی‌های پیش‌بینی‌ شده و مشاهده‌ شده در این مجموعه از ستارگان، شواهد قانع‌کننده‌ای ارائه کرد که نشان می‌دهد قطعات شکافت هسته‌های فرا-اورانیومی به فراوانی عنصر کمک می‌کنند و نشانه‌ای واضح را از فرآیند r نشان می‌دهد.

عنصرهای فرا-اورانیومی(Transuranium element) عنصرهای با عدد اتمی بالاتر از ۹۲(عدد اتمی اورانیوم) هستند. این عنصرها به‌ طور طبیعی در زمین وجود ندارند و به صورت مصنوعی با واکنش‌های هسته‌ای ساخته می‌شوند. آنها همگی پرتوزا و ناپایدار هستند و دچار واپاشی هسته‌ای شده و به عنصرهای دیگر تبدیل می‌شوند.

مام‌پاور می‌گوید: تنها راه قابل قبولی که می‌تواند در میان ستارگان مختلف به وجود بیاید این است که فرآیندی ثابت در طول شکل‌گیری عناصر سنگین وجود داشته باشد.

پژوهشگران پس از بررسی سناریوهای مختلف دریافتند که تنها شکافت هسته‌ای است که می‌تواند این روند مشاهده شده را به دقت تکرار کند.

عناصر فراتر از جدول تناوبی

هسته‌های اتمی، نوترون‌ها را در طول فرآیند جذب سریع نوترون(فرآیند r) می‌گیرند و عناصر سنگین‌تری ایجاد می‌کنند. برخی ممکن است بیش از حد سنگین شوند و خطر ناپایداری و تجزیه یا شکافت را در پی داشته باشند که منجر به ایجاد دو اتم از عناصر سبک‌تر و در عین حال قابل توجه می‌شود.

پژوهشگران همچنین از مدل‌های شکافت توسعه یافته در لس آلاموس برای مقایسه با داده‌های اندازه‌گیری شده استفاده کردند. آنها سازش بسیار خوبی بین این دو پیدا کردند که به یافته‌های آنها اعتبار بخشید.

این کشف نه تنها ظن‌های دیرینه را تأیید کرد، بلکه به وجود عناصر با جرم اتمی بیش از ۲۶۰ اشاره کرد.

یافته‌های این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.

انتهای پیام

منبع: ایسنا

کلیدواژه: شکافت هسته ای فرآیند r فناوري نانو کهکشان شرکت های دانش بنیان گردشگری فضایی ادغام ستاره های نوترونی همجوشی هسته ای شکافت هسته ای عناصر سنگین هسته ای سنگین تر فرآیند r

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.isna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایسنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۹۳۵۰۴۵۴ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

چشمه‌ای کیهانی که فضا را با موادی معادل ۵۰ میلیون برابر جرم خورشید آلوده می‌کند

جرم جریان گاز حاصل از انفجار‌های کیهانی ۵۰ میلیون برابر جرم خورشید ما است.

در مطالعه‌ای که اخیراً منتشر شده است، محققان مرکز بین‌المللی تحقیقات نجوم رادیویی (ICRAR) نقشه‌ای با وضوح بالا از انفجار‌ها در NGC ۴۳۸۳ را نشان دادند. آنها توضیح دادند که ستارگان در بخش مرکزی کهکشان منفجر می‌شوند و باعث تشکیل ابر‌های عظیم و انتشار گاز‌ها و عناصر شیمیایی سنگین در مقادیر زیاد می‌شود.

این انفجار به غیر از هیدروژن، جریان خروجی بسیاری از عناصر سنگین مانند گوگرد، نیتروژن و اکسیژن را در فضا پخش می‌کند.

آدام واتس، نویسنده اصلی این مطالعه و یکی از همکاران پژوهشی در مرکز بین‌المللی تحقیقات نجوم رادیویی، گفت: اینها ابزار‌های اساسی برای سیاراتی مانند زمین، و زندگی آنگونه که ما می‌شناسیم، هستند.

کهکشان NGC ۴۳۸۳ در خوشه کهکشانی باکره، یکی از نزدیک‌ترین خوشه‌های کهکشانی به کهکشان راه شیری قرار دارد.

تیم تحقیقاتی مرکز بین المللی نجوم رادیویی با استفاده از داده‌های MAUVE Surveyor، یک ماهواره فرابنفش که ستارگان Virgo و دیگر صورت‌های فلکی را مطالعه می‌کند، نقشه با وضوح بالا را تهیه کرد. این نقشه فرصتی منحصر به فرد برای مطالعه جریان گاز در یک کهکشان مجاور به دانشمندان می‌دهد.

گاز‌ها از NGC ۴۳۸۳ با سرعتی در حدود ۲۰۰ کیلومتر بر ثانیه (۴۴۷۰۰۰ مایل در ساعت) فوران می‌کنند.

این جریان گاز به قدری عظیم است که ۲۰۰۰۰ سال طول می‌کشد تا به انتهای ابر گازی برسد.

واتس گفت: پیدا کردن جریان‌هایی مانند این مورد بسیار نادر است، بنابراین هر بار که یک جریان جدید پیدا می‌کنیم، اطلاعات جدیدی به دست می‌آوریم که می‌توانیم از آنها برای درک فیزیک آنچه در حال رخ دادن است استفاده کنیم.

به گفته دانشمندان، این نوع خروجی‌ها زمانی اتفاق می‌افتد که یک کهکشان به سرعت تعداد زیادی ستاره جدید را تشکیل دهد و این همان چیزی است که در مرکز NGC ۴۳۸۳ اتفاق افتاد.

اندکی پس از شکل گیری، بزرگترین ستاره‌ها به شدت منفجر می‌شوند و ابرنواختر‌ها را تشکیل می‌دهند.

چنین انفجار‌هایی گاز را از درون کهکشان می‌برد و باعث می‌شود که به بیرون جریان یابد.

واتس خاطرنشان کرد: گاز خارج شده از نظر عناصر سنگین بسیار غنی است، که به ما بینشی منحصر به فرد از فرآیند پیچیده اختلاط هیدروژن و فلزات در گاز جاری می‌دهد.

علاوه بر این، از آنجایی که این گاز سوخت خام برای تشکیل ستاره‌های جدید است، حذف آن توسط جریان خروجی روند تشکیل ستاره را کند می‌کند. این باعث می‌شود که جریان گاز عامل مهمی در تعیین سرعت و دوره‌هایی باشد که طی آن یک کهکشان می‌تواند به شکل گیری ستاره‌ها ادامه دهد.

کهکشان NGC ۴۳۸۳ یکی از معدود کهکشان‌هایی است که دانشمندان از طریق آن توانسته اند عناصر شیمیایی موجود در جریان خروجی را اندازه گیری کنند.

منبع: Interesting Engineering

باشگاه خبرنگاران جوان علمی پزشکی علوم فضایی و نجوم