اخترشناسان برای اولین بار نشانه هایی از شکافت هسته ای در جهان را کشف کردند، چیزی که از دهه 1950 آنها را متحیر کرده بود.
به گزارش ایسنا، دانشمندان آزمایشگاه ملی لوس آلاموس و دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی شواهد قانع کننده ای از شکافت هسته ای در کیهان به ویژه در هنگام ادغام ستاره های نوترونی کشف کرده اند. این کشف باورهای دیرینه را به چالش می کشد و فصل جدیدی را در درک ما از شکل گیری عناصر سنگین در جهان باز می کند.
همجوشی هسته ای فرآیندی است که طی آن دو هسته اتمی با هم ترکیب می شوند و هسته سنگین تری را تشکیل می دهند و مقادیر قابل توجهی انرژی آزاد می کنند. این فرآیند نقش مهمی در تولید انرژی ایفا می کند که ستاره را درخشان نگه می دارد.
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 میتوانند در شرایط سخت راکتور همجوشی مقاومت کنند.
در عوض، راکتورهای هستهای روی زمین با شکافت هستهای کار میکنند، جایی که اتم سنگینتر به اتمهای کوچکتر تقسیم میشود و مقادیر زیادی انرژی آزاد میکند.
شکافت هستهای فرآیندی است که در آن یک اتم سنگین مانند اورانیوم به دو اتم سبکتر تبدیل میشود. وقتی هسته ای با عدد اتمی بالا تقسیم می شود، طبق فرمول انیشتین، مقداری از جرم آن به انرژی تبدیل می شود. این انرژی در تولید برق (در نیروگاه هسته ای) یا تخریب (سلاح های هسته ای) استفاده می شود.
همجوشی هسته ای، همجوشی هسته ای یا همجوشی فرآیند معکوس شکافت هسته ای است. در فرآیند همجوشی هسته ای، هسته های سبک مانند هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم با هم ذوب شده و هسته های سنگین تر و مقداری انرژی تولید می شود. برای اینکه همجوشی امکان پذیر باشد، هسته هایی که وارد واکنش می شوند باید انرژی جنبشی کافی برای غلبه بر میدان الکترواستاتیک اطراف خود داشته باشند. بنابراین، دماهای مرتبط با واکنش های همجوشی بسیار بالا هستند.
دانشمندان مدتها گمان میکردند که شکافت هستهای در طول ادغام ستارههای نوترونی، یکی از آشفتهترین رویدادهای جهان، رخ میدهد. آنها به قدری قدرتمند هستند که امواجی را در سراسر بافت فضا-زمان می فرستند.
اکنون، یک تیم تحقیقاتی به رهبری فیزیکدان نظری متیو مام پاور، بر اساس مدل ها و مشاهدات، اولین نشانه های شکافت هسته ای را در کیهان یافته اند.
مامپاور در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: مردم فکر می کردند شکافت در کیهان اتفاق می افتد، اما تا امروز هیچ کس نتوانسته آن را ثابت کند.
فرآیند جذب سریع نوترون
این مطالعه بر فرآیند جذب سریع نوترون (فرایند r) متمرکز بود، پدیدهای که در محیطهای غنی از نوترون مانند ادغام ستارههای نوترونی یا انواع خاصی از ابرنواخترها رخ میدهد.
تصور می شود که “فرآیند r” مسئول ایجاد عناصر سنگین تر از آهن است. با این حال، جزئیات پیچیده آن مبهم باقی می ماند زیرا نمی توان آن را مستقیماً در یک محیط آزمایشگاهی مطالعه کرد.
تیم تحقیقاتی فراوانی عناصر را در 42 ستاره غنی شده با مواد فرآیند r و توزیع عناصری مانند روتنیم، رودیوم، پالادیوم و نقره مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. هدف از این تجزیه و تحلیل شناسایی همبستگی های بیش از حد در توزیع عنصری بود که اساساً فرآیندها را در طول ادغام ستاره های نوترونی روشن می کند.
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 منحصربفرد برای تشکیل عناصر سنگین در کیهان فراهم میکند.
همبستگی مشاهده شده بین فلزات سبک و هسته های خاکی کمیاب به عنوان یک سرنخ محوری عمل کرد. این الگوی همبستگی نه تنها پیش بینی های قبلی تیم را تایید کرد، بلکه به دخالت شکافت هسته ای نیز اشاره کرد.
مقایسه دقیق همبستگیهای پیشبینیشده و مشاهدهشده در این مجموعه از ستارگان، شواهد قانعکنندهای ارائه کرد که نشان میدهد قطعات شکافت هستههای فوقاورانیوم به فراوانی عنصر کمک میکنند و نشانهای واضح از فرآیند r را ارائه میدهند.
عناصر ترانس اورانیوم عناصری با عدد اتمی بالاتر از 92 (عدد اتمی اورانیوم) هستند. این عناصر به طور طبیعی در زمین وجود ندارند و به طور مصنوعی توسط واکنش های هسته ای ساخته می شوند. همه آنها رادیواکتیو و ناپایدار هستند و دچار فروپاشی هسته ای می شوند و به عناصر دیگر تبدیل می شوند.
Mommpower میگوید: «تنها راه قابل قبولی که میتوانست در میان ستارگان مختلف شکل بگیرد، این است که فرآیندی ثابت در طول شکلگیری عناصر سنگین وجود داشته باشد.
پس از بررسی سناریوهای مختلف، محققان دریافتند که تنها شکافت هسته ای می تواند این فرآیند مشاهده شده را به دقت تکرار کند.
عناصر فراتر از جدول تناوبی
هستههای اتمی نوترونها را در طول فرآیند جذب سریع نوترون (فرایند r) میگیرند و عناصر سنگینتری ایجاد میکنند. برخی ممکن است بیش از حد سنگین شوند و خطر ناپایداری و از هم پاشیدگی یا شکافت را به همراه داشته باشند که منجر به ایجاد دو اتم عنصر سبکتر و در عین حال قابل توجه شود.
محققان همچنین از مدل های شکافت توسعه یافته در لوس آلاموس برای مقایسه با داده های اندازه گیری شده استفاده کردند. آنها سازش بسیار خوبی بین این دو پیدا کردند که به یافته های آنها اعتبار می بخشد.
این کشف نه تنها ظن دیرینه را تایید کرد، بلکه به وجود عناصری با جرم اتمی بیشتر از 260 اشاره کرد.