اخبار – LOS ALAMOS، NM، 7 دسامبر 2023 – تصور می‌شود که عناصر بالای آهن در جدول تناوبی در انفجارهای فاجعه‌باری مانند ادغام دو ستاره نوترونی یا در کلاس‌های نادر ابرنواخترها ایجاد شده‌اند. تحقیقات جدید نشان می دهد که شکافت ممکن است در فضا در هنگام ایجاد عناصر سنگین در کار باشد. محققان با بررسی داده‌های عناصر مختلف موجود در ستارگان بسیار قدیمی، نشانه‌ای از شکافت پیدا کردند که نشان می‌دهد طبیعت احتمالاً هسته‌های فوق‌سنگینی فراتر از سنگین‌ترین عناصر جدول تناوبی تولید می‌کند.
متیو مامپاور، فیزیکدان نظری در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس و یکی از نویسندگان این مقاله می‌گوید: «مردم فکر می‌کردند شکافت در فضا اتفاق می‌افتد، اما تاکنون هیچ‌کس نتوانسته آن را ثابت کند. کاغذ در علم ارائه تحقیق.
به گفته مامپاور، محققان با استفاده از آخرین مشاهدات، ارتباطی بین فلزات دقیق سبک مانند نقره و هسته های کمیاب مانند یوروپیوم پیدا کردند. وقتی یکی از این گروه از عناصر بالا می رود، عناصر مربوطه در گروه دیگر نیز بالا می روند – همبستگی مثبت است.
شواهد “فوق العاده عمیق” از شکافت
مام پاور گفت: “تنها راه قابل قبول برای این اتفاق در میان ستارگان مختلف این است که فرآیندی ثابت در طول تشکیل عناصر سنگین وجود داشته باشد.” این تیم همه احتمالات را آزمایش کرد و شکافت تنها توضیحی بود که توانست این روند را بازتولید کند.
مامپاور گفت: «این فوق‌العاده عمیق است و اولین شواهد شکافت در فضا است که نظریه‌ای را که چند سال پیش ارائه کردیم تأیید می‌کند. همانطور که مشاهدات بیشتری به دست آورده‌ایم، کیهان می‌گوید هی، امضایی در اینجا وجود دارد و فقط می‌تواند از شکافت ناشی شود.
این تحقیق همچنین نشان می‌دهد که عناصری با جرم اتمی (تعداد پروتون‌ها به اضافه نوترون‌ها) 260 – سنگین‌تر از موارد ذکر شده در انتهای جدول تناوبی – ممکن است وجود داشته باشند.
Mumpower مدل‌های شکافت مورد استفاده برای پیش‌بینی و هدایت یافته‌های مشاهده‌ای را که توسط نویسنده مطالعه، Ian Roederer از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی هدایت می‌شد، توسعه داد.
تحقیق سخت
اخترفیزیکدانان مدت‌ها بر این باور بودند که عناصر سنگین فراتر از آهن در انفجارهای ستاره‌ای به نام ابرنواخترها یا هنگام ادغام دو ستاره نوترونی شکل می‌گیرند. همانطور که از نام آن پیداست، دومی ها عمدتاً از نوترون ها تشکیل شده اند که همراه با پروتون ها هسته همه اتم ها را تشکیل می دهند. از طریق فرآیند جذب نوترون سریع به نام فرآیند r، هسته‌های اتمی نوترون‌ها را برای تشکیل عناصر سنگین‌تر می‌گیرند. اینکه برخی از آنها آنقدر سنگین شدند که نمی‌توان آنها را در کنار هم نگه داشت و از هم جدا شد یا از هم جدا شد و دو اتم از عناصر سبک‌تر اما همچنان سنگین‌تر را تشکیل داد (و انرژی عظیمی آزاد کرد)، برای نیم قرن یک راز باقی ماند.
در سال 2020 کاغذ، Mumpower ابتدا توزیع قطعات شکافت را برای هسته های فرآیند r پیش بینی کرد. ذیل مطالعه به رهبری همکار نیکول واس از TRIUMF، تولید مشترک فلزات دقیق سبک وزن و هسته های خاکی کمیاب را پیش بینی می کند. این تولید مشترک عناصری مانند عناصر روتنیم، رودیوم، پالادیوم و نقره و مانند یوروپیوم، گادولینیوم، دیسپروزیم و هولمیوم را می‌توان با مقایسه پیش‌بینی با فراوانی عناصر در مجموعه‌ای از ستارگان آزمایش کرد.
تجزیه و تحلیل جدید، به رهبری رودرر، داده های رصدی 42 ستاره را جستجو کرد و دقیقاً همبستگی پیش بینی شده را پیدا کرد. این الگو ردی واضح از شکافت ایجاد می کند که این عناصر و الگوی مشابهی از عناصر کمی سنگین تر و بالاتر در جدول تناوبی ایجاد می کند.
«این همبستگی در ستارگان با فرآیندهای r پیشرفته که در آن داده‌های کافی داریم، بسیار قوی است. هر بار که طبیعت یک اتم نقره تولید می‌کند، هسته‌های خاکی کمیاب نیز به نسبت سنگین‌تر تولید می‌کند. ترکیب این گروه از عناصر در یک مرحله است. ما نشان دادیم که تنها یک مکانیسم می تواند مسئول باشد – شکافت – و مردم از دهه 1950 در مورد آن فکر می کنند.
از مدیریت موجودی تا ستاره ها
مامپاور گفت: «ما در لس آلاموس مدل‌های شکافت هسته‌ای را توسعه دادیم، زیرا نمی‌توانیم همه چیزهایی را که به تحقیقات تسلیحاتی مرتبط است به عنوان بخشی از مأموریت آزمایشگاه اندازه‌گیری کنیم». مدل‌ها به فیزیکدانان اجازه می‌دهند تا آزمایش‌ها را تفسیر کنند و زمانی که اندازه‌گیری‌ها وجود ندارد، داده‌ها را پر کنند. از زمانی که ایالات متحده آزمایش سلاح های هسته ای را در سال 1992 متوقف کرد، داده های تجربی در مورد شکافت محدود شده است.
مدل‌ها در مقایسه با داده‌های اندازه‌گیری شده بسیار خوب عمل می‌کنند و بنابراین به برون‌یابی‌های آنها در جایی که هیچ اندازه‌گیری وجود ندارد، اعتبار می‌بخشند. مام پاور گفت که ورودی های هسته ای گونه های کوتاه مدت و طولانی مدت برای مطالعات تشکیل عناصر سنگین مورد نیاز است. بازده شکافت محصول فرآیند تقسیم اتم های نسبتا سنگین به اتم های سبک تر است – همان فرآیندی که در سلاح های هسته ای و راکتورها استفاده می شود.
کاغذ: “الگوهای فراوانی عنصر در ستارگان نشان دهنده شکافت هسته های سنگین تر از اورانیوم است.” علم. DOI: 10.1126/science.adf1341
منابع مالی: برنامه تحقیق و توسعه آزمایشگاهی در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس.
-30-
LA-UR-23-33647
