فيزيائيون يبتكرون تفاعل مستعر أعظم على الأرض

تمكّن فيزيائيون، لأول مرة، من قياس إحدى الطرق التي تؤدي بها النجوم المتفجرة إلى تشكيل أثقل العناصر في الكون.

ومن خلال فحص شعاع متسارع من الأيونات المشعة، لاحظ فريق بقيادة الفيزيائي غافن لوتاي، من جامعة Surrey في المملكة المتحدة، عملية التقاط البروتون التي يُعتقد أنها تحدث في مستعرات أعظم انهيار-النواة.

ولم يكتف العلماء الآن برؤية كيفية حدوث ذلك بالتفصيل، بل تسمح القياسات بفهم أفضل لإنتاج ووفرة النظائر الغامضة المسماة p-nuclei.

وعلى المستوى الأساسي، يمكن اعتبار النجوم مصانع عناصر الكون. وحتى ولدت النجوم وبدأت في تحطيم النوى معا، كان الكون عبارة عن حساء من الهيدروجين والهيليوم في الغالب. وبدأ هذا الاندماج النووي النجمي في غرس الكون بعناصر أثقل، بدءا من الكربون وصولا إلى الحديد بالنسبة للنجوم الأكثر ضخامة.

وهذا هو المكان الذي يصطدم فيه الاندماج الأساسي بالعقبة. وتتجاوز الحرارة والطاقة اللازمتان لإنتاج الحديد عن طريق الاندماج بالطاقة التي تولدها العملية، ما يتسبب في انخفاض درجة الحرارة الأساسية، ويسفر بدوره عن موت النجم في مستعر أعظم.

وهذا هو المكان الذي يعتقد الفيزيائيون أنه حتى العناصر الأثقل تولد. والانفجار شديد النشاط لدرجة أن الذرات، عند اصطدامها بالقوة، يمكنها التقاط مكونات من بعضها البعض. وليس من الضروري أن يكون مستعرا أعظم (اكتشاف عناصر ثقيلة تتشكل في تصادم بين نجمين نيوترونيين) ولكن المبدأ هو نفسه. كما أن الازدهار الكوني الهائل = طاقة كافية لتشكيل العناصر.

ثم هناك p-nuclei، حيث تشكل هذه النظائر الثلاثين التي تحدث بشكل طبيعي للعناصر الثقيلة، حوالي 1% من العناصر الثقيلة التي لوحظت في نظامنا الشمسي، ويشكل تكوينها لغزا.

وتعد النظائر أشكالا من العنصر نفسه، تختلف حسب الكتلة الذرية، عادة بسبب اختلاف عدد النيوترونات في النواة، بينما يظل عدد البروتونات كما هو. وتُعرف p-nuclei بأنها نظائر تفتقر إلى النيوترونات، ولكنها غنية بالبروتون؛ نظرا لندرتها الشديدة، يصعب مراقبتها، ما أدى إلى بعض الصعوبة في معرفة كيفية تزويرها.

ويشمل النموذج المفضل حاليا عملية غاما، حيث تلتقط الذرات البروتونات السائبة أثناء حدث نشط. ونظرا لتعريف العنصر الكيميائي بعدد البروتونات، فإن هذه العملية ستحول العنصر إلى العنصر التالي في الجدول الدوري، ما ينتج عنه نظير فقير بالنيوترونات.

وحُصل على الملاحظات باستخدام فاصل النظائر والمسرع II في مختبر TRIUMF الوطني في كندا، لإنتاج شعاع من ذرات الروبيديوم -83 المشعة. واستخدم مطياف TRIUMF-ISAC للهروب من أشعة غاما ومحلل الكتلة الكهرومغناطيسي لرد الارتداد لتسجيل ومراقبة العمليات التي تحدث في الحزمة.

وقال الباحثون إن النتائج تشير إلى إنتاج نواة السترونتيوم 84 بما يتفق مع عملية غاما. ووجدوا أن معدل التفاعل النووي الحراري كان أقل مما توقعته النماذج النظرية، ما أدى إلى إنتاج أعلى من السترونتيوم -84.

وأوضحوا أن معدل إنتاجهم المعاد حسابه يتوافق مع وفرة السترونتيوم -84 التي لوحظت في النيازك، ويمكن أن يساعد في إلقاء الضوء على العمليات الفيزيائية الفلكية الأخرى.