نوترینوها ثابت می‌کنند که در هسته‌ی خورشید همجوشی نوع دوم روی می‌دهد

۱۰ آذر ۱۳۹۹ | ۲۰:۳۰ ۱۱ آذر ۱۳۹۹ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۲ دقیقه
طرحی گرافیکی از هسته‌ی خورشید

دانشمندان با استفاده از آشکارسازی نوترینوها و فیلتر پرتوهای رادیواکتیو زمینی موفق شدند روی دادن همجوشی هسته‌ای نوع دوم را در خورشید ثابت کنند.

مانند همه‌ی ستارگان، خورشید ما هم انرژی خود را از همجوشی هسته‌ای هیدروژن به عناصر سنگین‌تر تأمین می‌کند. همجوشی هسته‌ای نه تنها باعث درخشش ستاره‌ها می‌شود، بلکه منبع اصلی عناصر شیمیایی است که جهان اطراف ما را شکل داده‌اند.

بیشتر درک ما از همجوشی ستاره‌ها از مدل‌های نظری هسته‌ی اتمی ناشی می‌شود، اما برای نزدیک‌ترین ستاره یعنی خورشید، منبع دیگری هم داریم؛ نوترینوهایی که در هسته‌ی خورشید ایجاد شده‌اند.

هرگاه هسته‌های اتمی تحت همجوشی قرار بگیرند، نه تنها پرتوهای گاما با انرژی بالا بلکه نوترینوها هم تولید می‌کنند. در حالی که پرتو گاما طی هزاران سال فضای داخلی خورشید را گرم می‌کند، نوترینوها با سرعت نور از خورشید خارج می‌شوند.

یک آشکارساز نوترینوی خورشیدی

یک آشکارساز نوترینوی خورشیدی
Credit: BOREXINO Collaboration

نوترینوهای خورشیدی برای نخستین بار در دهه‌ی ۱۹۶۰ میلادی (دهه‌ی ۴۰ میلادی) شناسایی شدند، اما به جز اینکه از خورشید ساطع می‌شوند، دانستن چیزهای بیشتر درباره‌ی آن‌ها دشوار بود. چیزی که ثابت می‌کرد همجوشی هسته‌ای در خورشید روی می‌دهد اما نوع همجوشی معلوم نبود.

طبق تئوری، شکل غالب هم‌جوشی در خورشید باید همجوشی پروتون‌هایی باشد که از هیدروژن هلیوم تولید می‌کنند. چیزی که با عنوان «زنجیره‌ی pp» شناخته می‌شود و ساده‌ترین واکنش برای ایجاد ستاره‌ها است.

برای ستاره‌های بزرگ‌تر با هسته‌های گرم‌تر و چگال‌تر، یک واکنش قدرتمندتر معروف به چرخه‌ی CNO منبع غالب انرژی است. این واکنش از هیدروژن در چرخه‌ی واکنش با کربن، نیتروژن و اکسیژن برای تولید هلیوم استفاده می‌کند. چرخه CNO یکی از دلایل وجود این سه عنصر در میان عناصر فراوان (غیر از هیدروژن و هلیوم) موجود در جهان است.

چرخه‌ی هم‌جوشی CNO در دماهای بالا روی می‌دهد

چرخه‌ی هم‌جوشی CNO در دماهای بالا روی می‌دهد
Credit: RJ Hall

در دهه‌ی گذشته، آشکارسازهای نوترینو بسیار کارآمد شده‌اند. این ردیاب‌های مدرن قادر هستند نه تنها انرژی یک نوترینو، بلکه سطح آن را هم تشخیص دهند. اکنون می‌دانیم که نوترینوهای خورشیدی کشف شده از آزمایش‌های اولیه ناشی از نوترینوهای زنجیره‌ی pp نیست، بلکه از واکنش‌های ثانویه مانند واپاشی اتم بور ناشی می‌شود که باعث ایجاد نوترینو با انرژی بالاتر می‌گردد که تشخیص آن آسان‌تر است.

سپس در سال ۲۰۱۴، گروهی از دانشمندان نوترینوهای کم‌انرژی را که مستقیما توسط زنجیره‌ی pp تولید می‌شود، شناسایی کردند. مشاهده‌های آن‌ها تأیید کرد که ۹۹ درصد انرژی خورشید توسط هم‌جوشی پروتون و پروتون تولید می‌شود.

سطح‌های گوناگون نوترینوهای خورشیدی

سطح‌های گوناگون نوترینوهای خورشیدی
Credit: HERON/Brown University

اما یکی از بزرگترین چالش‌ها در تشخیص نوترینوهای CNO این است که سیگنال آن‌ها تمایل دارد در نویزهای نوترینوهای زمینی پنهان شود. هم‌جوشی هسته‌ای به طور طبیعی در زمین رخ نمی‌دهد، اما سطح پایین واپاشی رادیواکتیو از سنگ‌های زمینی می‌تواند باعث ایجاد رخدادهایی در یک آشکارساز نوترینو شود که مشابه تشخیص های نوترینوهای CNO است.

بنابراین تیم پژوهشی یک فرآیند تجزیه‌وتحلیل پیچیده را ایجاد کرد که سیگنال نوترینو را از مثبت کاذب فیلتر می‌کند. بدین ترتیب مطالعه‌ی آن‌ها تأیید کرد که همجوشی CNO در سطح پیش‌بینی شده در خورشید رخ می‌دهد.

چرخه‌ی CNO نقشی جزئی در خورشید ما دارد، اما در زندگی و تکامل ستارگان پرجرم نقش اساسی ایفا می‌کند. بنابراین نتایج این پژوهش به ما کمک می‌کند تا چرخه‌ی تکامل ستارگان بزرگ را درک کنیم و می‌تواند در درک و شناسایی منشا عناصر سنگین‌تری که زندگی روی زمین را امکان‌پذیر می‌سازند مؤثر باشد.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از هسته‌ی خورشید

Credit: Science Channel/Discovery

منبع: Science Alert

 

برچسب‌ها :
دیدگاه شما