راز شکل‌گیری ستارگان نوترونی با مطالعه‌ی هسته‌ی اتم آشکار شد
پژوهشگران با شبیه‌سازی رایانه‌ای هسته‌ی اتم موفق به درک بهتر تأثیر نیروی هسته‌ای قوی از جمله در ستارگان نوترونی شدند.
دانشمندان اعتقاد دارند که برخورد ستاره‌های نوترونی عظیم در فضا می‌تواند فلزات گرانبهایی مانند طلا و پلاتین را ایجاد کند. اگرچه خواص این ستارگان هنوز یک معماست اما درک بهتر روند شکل‌گیری آن‌ها شاید در یکی از کوچک‌ترین بلوک‌های سازنده‌ی ماده روی زمین، یعنی هسته‌ی اتم سرب نهفته باشد.
با وجود آن‌که دستیابی به هسته‌ی اتم برای شناخت راز نیروی قوی حاکم در ستارگان نوترونی، دشوار است اما طبق مقاله‌ی منتشر شده در نشریه‌ی «نیچر فیزیکس» (Nature Physics) یک شبیه‌سازی رایانه‌ای توسط دانشگاه صنعتی چالمرز سوئد، بینشی در این‌باره ارائه داده و پیشرفتی در محاسبه‌ی هسته‌ی اتمی عنصر سنگین و پایدار سرب ایجاد کرده است.
نقش مهم نیروی هسته‌ای قوی
با وجود تفاوت اندازه‌ی بسیار زیاد و چندین کیلومتری بین یک هسته‌ی اتمی میکروسکوپی و یک ستاره‌ی نوترونی، برخی قوانین فیزیکی یکسان بر آن‌ها حاکم است. از جمله نیروی هسته‌ای قوی که ذرات درون هسته‌ی اتم یعنی پروتون‌ها و نوترون‌ها را کنار هم نگه می‌دارد و از فروپاشی یک ستاره‌ی نوترونی جلوگیری می‌کند.
این نیرو هرچند یک نیروی بنیادی طبیعت محسوب می‌شود اما در نظر گرفتن آن در مدل‌های محاسباتی به‌ویژه برای هسته‌های اتمی غنی از نوترون سنگین مانند سرب، دشوار و چالش‌برانگیز است.
روشی قابل اعتماد برای انجام محاسبات
اما برای مقایسه بین مشاهدات آزمایشگاهی و تئوری چاره‌ای جز شبیه‌سازی نیست. بنابراین تیم پژوهشی دانشگاه چالمرز کوشید تا شبیه‌سازی نظری قابل اعتمادی ایجاد کند و موفق شد چنین محاسباتی را برای سنگین‌ترین عنصر پایدار یعنی سرب انجام دهد.
این مدل کامپیوتری جدید چالمرز که با همکاری پژوهشگرانی از آمریکا و انگلستان توسعه یافته است، یک گام رو به جلو محسوب می‌شود و پیش‌بینی دقیق خواص ایزوتوپ* سرب-۲۰۸ و به اصطلاح پوسته‌ی نوترونی آن را ممکن می‌سازد.
ضخامت پوسته
۱۲۶ نوترون در هسته‌ی اتم سرب وجود دارند که یک پوشش بیرونی یا به‌عبارتی پوسته را تشکیل می‌دهند. ضخامت این پوسته به خواص نیروی هسته‌ای قوی مرتبط است و پیش‌بینی آن، به درک بهتر عملکرد نیروی هسته‌ای قوی هم در هسته‌های اتمی و هم در ستاره‌های نوترونی کمک می‌کند.
طبق شبیه‌سازی‌های انجام شده، این پوسته‌ی نوترونی بسیار نازک است و بدین ترتیب بینش تازه‌ای از نیروی بین نوترون‌ها ارائه می‌دهد. یکی از جنبه‌های پیشگامانه‌ی مدل‌سازی تازه این است که نه تنها چنین پیش‌بینی‌هایی را ممکن می‌سازد، بلکه توانایی ارزیابی حاشیه خطا را هم دارد. چیزی که به گفته‌ی «کریستین فورسن» (Christian Forssén) سرپرست پژوهش و استاد دانشکده فیزیک چالمرز برای پیشرفت علم در این زمینه بسیار مهم است.
استفاده از مدل انتشار ویروس کرونا
برای توسعه‌ی مدل محاسباتی جدید، محققان نظریه‌های موجود را با داده‌های مطالعات تجربی ترکیب کرده‌اند. سپس محاسبات پیچیده‌ای را با روش آماری که قبلا برای شبیه‌سازی شیوع احتمالی ویروس کرونا استفاده می‌شد، انجام داده‌اند.
بدین ترتیب با مدل جدید هسته‌ی اتم سرب، اکنون می‌توان فرضیات مختلفی را درباره‌ی نیروی هسته‌ای قوی ارزیابی کرد. این مدل همچنین امکان پیش‌بینی اثر این نیرو را در سایر هسته‌های اتمی، از سبک‌ترین تا سنگین‌ترین آن‌ها فراهم می‌کند.
این پیشرفت می‌تواند به مدل‌های بسیار دقیق‌تر از جمله برای ستاره‌های نوترونی و افزایش دانش درباره‌ی روند شکل‌گیری آن‌ها منجر شود. چیزی که به گفته‌ی فورسن می‌تواند دانشمندان را یک گام به درک چگونگی ایجاد طلا و سایر عناصر در ستارگان نوترونی نزدیک کند.
عکس کاور: طرحی گرافیکی از اثر نیروی هسته‌ای قوی در ستارگان نوترونی
Credit: JingChen, Chalmers University of Technology/Yen Strandqvist
منبع: SciTechDaily
