آغازِ خورشیدِ ما و نقشِ اون تو علمِ ستاره شناسی
تا حالا به این فکر کردین که چقدر طول کشید تا خورشیدمون تو آشیونه‌ی ستاره‌ای خودش شکل بگیره؟ یه همکاری جهانی از دانشمندا الان دارن به جواب نزدیک‌تر میشن. اونا موفق شدن زوال بتای حالتِ پیوسته‌ی یون‌های تالیوم که همه الکتروناشونو از دست دادن (205Tl81+) رو تو حلقه‌ی ذخیره‌سازیِ تجربی (ESR) تو GSI/FAIR اندازه بگیرن. این اندازه‌گیری یه اثر عمیقی رو تولید سربِ رادیواکتیو (205Pb) تو ستاره‌های شاخهٔ غول‌آسا (AGB) داره و می‌تونه به تعیینِ زمانی که خورشید شکل گرفته کمک کنه. نتایج این تحقیق تو مجلهٔ نیچر منتشر شده.
چقدر طول کشید تا خورشید شکل بگیره
محاسباتِ فعلی حدوداً شکل‌گیریِ خورشید ما از ابر مولکولی که اولش بوده رو، چند ده میلیون سال تخمین می‌زنن. دانشمندا این عددو از رادیونوکلیدهایی به‌دست میارن که عمرِ زیادی دارن و درست قبل از شکل‌گیری خورشید تولید شدن. به این فرایند میگن فرایندِ نجومیِ s. فرایند s تو نزدیکیِ خورشید، تو ستاره‌های AGB – ستاره‌هایی با جرم متوسط که تو آخرین مراحلِ عمرشون هستن – اتفاق افتاده. رادیونوکلیدها، که از ۴٫۶ میلیارد سال پیش که خورشید متولد شده کاملاً از بین رفتن، آثاری رو به صورت فراوانی‌های اضافیِ کوچیک از محصولاتِ تجزیه تو شهاب‌سنگ‌ها به جا گذاشتن که الان می‌تونیم شناساییشون کنیم.
ویژگی‌های رادیونوکلیدِ مناسب
رادیونوکلیدِ ایده‌آل، رادیونوکلیدیه که فقط و فقط از طریقِ فرایند s تولید شده باشه و آلودگی‌ای از فرایندهایِ هسته‌ایِ دیگه نداشته باشه. هسته‌ی “فقط s” 205Pb تنها کاندیداییه که این ویژگی‌ها رو داره. تو زمین، 205Pb به 205Tl تجزیه میشه و یکی از پروتوناش و یه الکترون اتمی‌شو تبدیل به یه نوترون و یه نوترینو‌ی الکترون میکنه. اختلافِ انرژی بین 205Pb و دخترش 205Tl اونقدر کمه که انرژی‌های پیوندی بزرگترِ الکترون‌ها تو 205Pb (با بار Z=82 در مقایسه با فقط 81 الکترون تو 205Tl) کفه رو به نفع خودش سنگین میکنه.
زوال بتای پیوسته
به عبارت دیگه، اگه همه‌ی الکترونا حذف بشن، نقشِ دختر و مادر تو این تجزیه عوض میشه و 205Tl به تجزیه بتای منفی به 205Pb میره. این اتفاق تو ستاره‌های AGB میفته، جایی که دما تا چند صد میلیون کلوین میره و برای یونیزه کردنِ کاملِ اتم‌ها کافیه. مقدار 205Pb که تو ستاره‌های AGB تولید میشه، خیلی به سرعتِ زوالِ 205Tl به 205Pb بستگی داره. اما این تجزیه رو نمیشه تو شرایط آزمایشگاهی معمولی اندازه گرفت چون اونجا 205Tl پایداره. تجزیه 205Tl فقط وقتی از نظرِ انرژی ممکن میشه که الکترونِ تولید شده به یکی از مدارهای اتمیِ پیوسته تو 205Pb جذب بشه. این یه حالتِ تجزیه‌ی فوق‌العاده کمیابه که بهش میگن زوال بتای پیوسته. بعلاوه، زوالِ هسته‌ای به یه حالتِ برانگیخته تو 205Pb منجر میشه که فقط ۲٫۳ کیلو الکترون‌ولت از حالتِ پایه بالاتره ولی خیلی بیشتر نسبت به زوال به حالت پایه ترجیح داده میشه.
مدلِ ترازوی ستاره‌ایِ جفتِ 205Tl-205Pb
جفتِ ایزوتوپ‌های 205Tl و 205Pb رو میشه مثل یه مدلِ ترازوی ستاره‌ای در نظر گرفت، چون هر دو مسیر تجزیه امکان‌پذیره و برنده‌ی این بازی به شرایطِ محیطیِ ستاره‌ای، مثل دما و چگالی (الکترون) بستگی داره. همچنین، قدرتِ نسبیِ بینِ هسته‌ای که تو این رقابتِ ستاره‌ای ناشناخته بود، نقشِ مهمی داره. این مجهول، الان تو یه آزمایشِ هوشمندانه که توسط یه گروهِ بین‌المللی از دانشمندها از ۳۷ مؤسسه تو دوازده کشور انجام شده، فاش شده.
زوال بتای پیوسته فقط وقتی قابل اندازه‌گیری میشه که هسته‌ی توی حالِ تجزیه از همه‌ی الکترونا خالی شده باشه و تو این شرایطِ استثنایی، چند ساعتی نگه داشته بشه. تو دنیا، این فقط تو حلقه‌ی ذخیره‌سازیِ تجربیِ یون‌های سنگینِ GSI/FAIR به کمکِ جداکننده‌ی قطعات (FRS) ممکنه. پروفسور یوری لیتوینوف از GSI/FAIR، سخنگوی این آزمایش میگه: “اندازه‌گیری 205Tl81+ تو دهه‌ی ۱۹۸۰ پیشنهاد شده بود، اما چند دهه پیشرفتِ شتاب‌دهنده و تلاشای خیلی زیاد از طرفِ همکارا لازم بود تا این پروژه به نتیجه برسه.” و ادامه میده: “برای رسیدن به شرایطِ لازم برای یه آزمایشِ موفق، تکنیکای نوآورانه‌ی زیادی باید توسعه پیدا می‌کرد، مثل تولید 205Tl خالی تو یه واکنشِ هسته‌ای، جدا کردنش تو FRS و جمع‌آوری، سرد کردن، ذخیره کردن و نظارت تو ESR.”
دکتر ریکاردو مانچینو، که محاسبات رو به عنوان محققِ پسادکتری تو دانشگاه فنی دارمشتات و GSI/FAIR انجام داده، میگه: “با دونستنِ قدرتِ نسبی، الان می‌تونیم با دقت سرعتایی رو که جفتِ ترازو 205Tl-205Pb تو شرایطی که تو ستاره‌های AGB وجود داره، محاسبه کنیم.”
محصولِ 205Pb تو ستاره‌های AGB توسط محققای رصدخونه‌ی کونکولی تو بوداپست (مجارستان)، INAF Osservatorio d’Abruzzo (ایتالیا) و دانشگاه هال (انگلستان) استخراج شده و سرعت‌های جدیدِ زوالِ ستاره‌ای 205Tl/205Pb تو مدل‌های پیشرفته‌ی نجوم AGBشون اعمال شده. دکتر ماریا لوگارو، محقق تو رصدخونه‌ی کونکولی توضیح میده: “نرخِ جدیدِ زوال، این امکانو بهمون میده که با اطمینان، پیش‌بینی کنیم چقدر 205Pb تو ستاره‌های AGB تولید میشه و به ابرِ گازی که خورشیدِ ما رو تشکیل داده وارد میشه.” و ادامه میده: “با مقایسه با مقدار 205Pb که الان از شهاب‌سنگ‌ها برداشت می‌کنیم، نتیجه‌ی جدید یه بازه‌ی زمانی برای شکل‌گیریِ خورشید از ابر مولکولیِ اولیه رو به مدت ده تا بیست میلیون سال نشون میده که با سایر گونه‌های رادیواکتیو که از طریقِ فرایند جذب نوترون کُند تولید شدن همخونی داره.”
گای لکنبای، دانشجوی دکترا از TRIUMF و نویسنده‌ی اولِ این مقاله میگه: “نتیجه‌ی ما نشون میده که چطور امکاناتِ تجربیِ نوآورانه، همکاری بین گروه‌های تحقیقاتیِ متعدد و تلاشای فراوان می‌تونن تو درکِ فرایندها تو هسته‌ی ستاره‌ها بهمون کمک کنن. با نتیجه‌ی تجربیِ جدیدمون، می‌تونیم بفهمیم خورشیدِ ما ۴٫۶ میلیارد سال پیش، برای شکل‌گیری به چه مدت زمانی نیاز داشته.”
نیمه‌عمرِ زوال بتای پیوسته که اندازه گرفته شده برای تحلیلِ انباشتِ 205Pb تو محیطِ بین‌ستاره‌ای لازمه. به هر حال، واکنشای هسته‌ایِ دیگه هم مهمن، از جمله سرعتِ جذب نوترون روی 205Pb که برای اون یه آزمایش با استفاده از روشِ جایگزینیِ واکنش تو ESR برنامه‌ریزی شده. این نتایج به‌وضوح امکاناتِ ویژه‌ای رو که حلقه‌های ذخیره‌سازیِ یون‌های سنگین تو GSI/FAIR ارائه میدن نشون میده و این امکانو بهمون میده که جهان رو به آزمایشگاه بیاریم.
این کار تقدیم میشه به همکارای درگذشته‌مون فریتز بوش، روبرتو گالینو، هانس گیسل، پل کیندل، فریتز نولدن و جرالد جی. واسر بورگ که سالها از این تحقیق حمایت کردن.
“`
بیشتر بخوانید
مدیتیشن یک روز پربرکت برای جذب عشق وامنیت و سلامتی
خود هیپنوتیزم درمان زود انزالی در مردان توسط هیپنوتراپیست رضا خدامهری
تقویت سیستم ایمنی بدن با خود هیپنوتیزم
شمس و طغری
خود هیپنوتیزم ماندن در رژیم لاغری و درمان قطعی چاقی کاملا علمی و ایمن
خود هیپنوتیزم تقویت اعتماد به نفس و عزت نفس