در مطالعه چگونگی پیدایش تنوع غنی عناصر در جهان، تحقیقات دانشگاه میشیگان تعداد سنگینی را در مورد میزان سنگینی یک اتم در طبیعت ایجاد کرده است – و این کار را در شرایط شدید در انواع خاصی از ستارگان و ابرنواخترها انجام می دهد.
سنگین ترین عناصر در جهان به شیوه ای دیدنی تولید می شوند: در مراکز داغ ستاره های خاص. اخترشناسان با مطالعه الگوهای عناصر موجود در بسیاری از ستارگان مختلف و به چه میزان، می توانند نحوه ساخت عناصر را بیاموزند.
نویسنده اصلی این کتاب گفت: ستاره‌ها در طول زندگی‌شان عناصر سبکتر را به عناصر سنگین‌تر تبدیل می‌کنند و این فرآیند همجوشی چیزی است که ستاره‌ها را می‌درخشد. ایان رودرر، که بسیاری از کارها را به عنوان استاد نجوم در UM به پایان رساند. وقتی ستاره ای می میرد، این عناصر سنگین تر را دوباره به فضا بازیافت می کند، جایی که می توانند به نسل بعدی ستارگان تبدیل شوند.
در انواع نادر ابرنواخترها و در برخورد ستاره های نوترونی – هسته های فروپاشیده ستارگان غول پیکر – چیزی به نام “فرایند جذب سریع نوترون” اتفاق می افتد. در طی این فرآیند، انفجار سریع نوترون‌ها، عناصر سبکتر را در کمتر از یک ثانیه به عناصر سنگین‌تر تبدیل می‌کند. رودرر گفت: در واقع، قبل از تولد منظومه شمسی، فرآیند r در ستارگان باستانی حدود نیمی از سنگین‌ترین عناصر موجود در زمین را تولید می‌کرد.
اکنون رودرر و تیمی از محققان متاآنالیز بر اساس مطالعات سه دهه گذشته انجام داده اند که غلظت عناصر سنگین را در ستارگان باستانی کهکشان راه شیری به تفصیل شرح می دهد. این تیم بر روی 42 ستاره باستانی تمرکز کردند که عناصر فرآیند r در طیف وسیعی از غلظت‌ها وجود دارند.
با مطالعه جمعی این ستارگان و نه به صورت جداگانه، همانطور که بیشتر رایج است، آنها توانستند الگوهای ناشناخته قبلی را شناسایی کنند. آنها دریافتند که عناصر به دو گروه غیرمنتظره مرتبط تقسیم می شوند: یک گروه سبک تر که شامل روتنیوم، پالادیوم و نقره است و گروه سنگین تر که شامل گادولینیوم، دیسپروزیم و اربیوم است. محتمل ترین توضیح برای توضیح این رابطه این است که این گروه از عناصر تا حدی به عنوان قطعاتی از اتم های بسیار سنگین تر توسط فرآیندی به نام شکافت تولید شده اند. در شکافت، یک هسته اتمی بسیار عظیم به دو هسته سبکتر تقسیم می شود.
این تیم یافته های خود را در مجله Science منتشر کرد.
تمام هسته های شکافت پذیر رادیواکتیو هستند. رودرر، که اکنون استاد دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی است، گفت: آنها احتمالاً از هر عنصری که در طبیعت یافت می‌شود سنگین‌تر و از اورانیوم نیز سنگین‌تر هستند، بنابراین ما آنها را «عناصر فرااورانی» می‌نامیم. “اگر توضیح ما درست باشد، قطعات فرآیند شکافت را در میان این عناصر سبک تر که در نزدیکی وسط جدول تناوبی فهرست شده اند، می یابیم.”
یافته‌های محققان همچنین محدودیت‌های پایین‌تری را در میزان سنگینی یک اتم مشخص کرد. سنگین ترین اتم اورانیومی که به طور طبیعی روی زمین وجود دارد دارای 238 پروتون و نوترون در هسته خود است. این تحقیق نشان داد که ستاره ها می توانند اتمی تولید کنند که حداقل 260 پروتون و نوترون در هسته خود دارد.
رودرر گفت: «این بالاتر از سنگین‌ترین اتمی است که توسط آزمایش‌های تسلیحات هسته‌ای انجام شده در نیمه دوم قرن بیستم شناسایی شد. ما هنوز نمی‌توانیم بگوییم که آیا اتم‌های به اصطلاح «فوق‌سنگین» – آنهایی که حداقل 284 پروتون به اضافه نوترون دارند – وجود داشته‌اند یا خیر، اما نتایج ما نشان می‌دهد که پاسخ این سؤال به طور بالقوه روی میز آینده است.
پاسخ بالقوه دیگری که روی میز وجود دارد نحوه عملکرد شکافت است.
شما نمی توانید شرایط فضایی فرآیند r را در آزمایشگاه یا حتی در یک سلاح هسته ای برای مطالعه از نزدیک بازتولید کنید. رودرر گفت: شرایط خیلی شدید است، البته خطرناک است. ما ایده‌هایی در مورد نحوه عملکرد شکافت داریم، اما شواهد قابل اعتمادی از مشاهدات نجومی نداریم که به ما بگوییم کدام یک از این ایده‌ها، در صورت وجود، صحیح هستند. اکنون ما اولین سرنخ‌ها را در مورد اینکه کجا و چگونه این پاسخ‌ها را در ستاره‌ها جستجو کنیم، داریم.»
رودرر امیدوار است که اخترشناسان به زودی قادر به شناسایی مستقیم این عناصر فرااورانی در فضا باشند. برای انجام این کار، ستاره شناسان باید یک جفت ستاره نوترونی در حال برخورد را مشاهده کنند – و اکنون محققان ممکن است با تلسکوپ فضایی جیمز وب که در سال 2021 پرتاب می شود، این کار را انجام دهند. شکافت
در قرن بیستم، دانشمندان از سلاح های هسته ای به عنوان آزمایش های فیزیک استفاده کردند. رودرر گفت: چندین دهه از انجام این آزمایش ها در ایالات متحده می گذرد و سوالات اخلاقی پیچیده زیادی در مورد این آزمایش ها وجود داشت. “امیدوارم این تحقیق بتواند ما را ترغیب کند تا به این فکر کنیم که چگونه می توانیم از مشاهدات فضایی برای جمع آوری برخی از اطلاعات مشابه استفاده کنیم و حتی به طور بالقوه سوالاتی را که قبلاً پاسخ داده نشده بود دنبال کنیم.”
متصل
مطالب موجود در این بیانیه مطبوعاتی از سازمان تحقیقاتی اصلی آمده است. محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود. من بیشتر می خواهم؟ برای ایمیل روزانه ما ثبت نام کنید.
