رازهای خورشید فاش شد: انرژی بی‌کران و تاثیرش بر سرنوشت زمین

خورشید، منبع بی‌کران انرژی و اسرار هستی

خورشید، این منبع بی‌چون‌و‌چرای حیات در منظومه‌ی شمسی، انرژی عظیمی رو از طریق پدیده‌ی گداخت هسته‌ای تولید می‌کنه. در همین حال، این ستاره‌ی پرنور، یه سیل پیوسته‌ی نوترینوها رو به فضا می‌فرسته؛ ذراتی که مثل پیام‌رسان‌هایی عمل می‌کنن و از دینامیک داخلیش خبر می‌دن. اگرچه آشکارسازهای نوترینوی امروزی، رفتار کنونی خورشید رو برای ما روشن می‌کنن، اما پرسش‌های بزرگی درباره‌ی پایداری اون در طول میلیون‌ها سال وجود داره؛ دورانی که تکامل انسان و تغییرات اقلیمی چشمگیری رو به خودش دیده.

هدف پروژه‌ی LOREX

پیدا کردن جواب برای این پرسش‌ها، هدف اصلی آزمایش “LORandite EXperiment” (LOREX) هست که نیازمند دانش دقیق مقطع نوترینوهای خورشیدی روی عنصر تالیوم است. این اطلاعات حالا توسط یه همکاری بین‌المللی از دانشمندان جمع‌آوری شده، که از امکانات بی‌نظیر محفظه‌ی ذخیره‌ساز تجربی GSI/FAIR در دارمشتات استفاده کردن تا یه اندازه‌گیری اساسی به دست بیارن که به درک پایداری طولانی‌مدت خورشید کمک می‌کنه. نتایج این اندازه‌گیری‌ها در مجله‌ی علمی Physical Review Letters منتشر شده.

آزمایش نوترینوهای خورشیدی

پروژه‌ی LOREX، تنها آزمایش ژئوشیمیایی نوترینوهای خورشیدی در درازمدت محسوب میشه که هنوز هم فعالانه دنبال میشه. این آزمایش که در دهه‌ی ۱۹۸۰ پیشنهاد شد، هدفش اندازه‌گیری جریان نوترینوهای خورشیدی در طول چهار میلیون ساله، به طور متوسط، بوده که با سن زمین‌شناسی سنگ لوراندیت همخوانی داره. نوترینوهای تولید شده در خورشید، با اتم‌های تالیوم (Tl) واقع در کانی لوراندیت (TlAsS2) واکنش نشون میدن و اون‌ها رو به اتم‌های سرب (Pb) تبدیل می‌کنن.

ایزوتوپ 205Pb

ایزوتوپ 205Pb به خاطر نیمه‌عمر طولانیش (۱۷ میلیون سال) اهمیت ویژه‌ای داره، چون در طول اون چهار میلیون سالی که سنگ لوراندیت داره، تقریباً پایدار می‌مونه. از اونجایی که اندازه‌گیری مستقیم مقطع نوترینو روی 205Tl در حال حاضر ممکن نیست، محققان در GSI/FAIR آلمان، روشی هوشمندانه برای اندازه‌گیری کمیت‌های مرتبط با فیزیک هسته‌ای که برای تعیین مقطع نوترینو لازمه، ابداع کردن.

تحقیقات نوین در فیزیک هسته‌ای و نجوم

اون‌ها از این واقعیت استفاده کردن که این کمیت، یعنی عنصر ماتریس هسته‌ای، همچنین نرخ فروپاشی بتای حالت محدود ایزوتوپ کاملاً یونیزه 205Tl⁸¹⁺ به 205Pb⁸¹⁺ رو تعیین می‌کنه. اندازه‌گیری تجربی نیمه‌عمر فروپاشی بتای حالت محدود یون‌های کاملاً یونیزه 205Tl⁸¹⁺ فقط به لطف توانایی‌های بی‌نظیر حلقه ذخیره‌سازی تجربی (ESR) در GSI/FAIR امکان‌پذیر شد. در حال حاضر، ESR تنها مرکزی هست که چنین اندازه‌گیری‌هایی در اون انجام میشه.

یون‌های 205Tl⁸¹⁺ با استفاده از واکنش‌های هسته‌ای در جداکننده‌ی قطعات GSI/FAIR تولید شدن و بعد به اندازه‌ی کافی ذخیره شدن تا فروپاشی اون‌ها قابل مشاهده و با موفقیت در داخل حلقه‌ی ذخیره‌سازی اندازه‌گیری بشه. پروفسور یوری آ. لیتوینوف، سخنگوی این آزمایش و محقق اصلی گرنت تجمیعی شورای تحقیقات اروپا (ERC) ASTRUm، گفت: “دهه‌ها پیشرفت بی‌وقفه در تکنولوژی شتاب‌دهنده‌ها این امکان رو فراهم کرد که یه پرتو یون 205Tl⁸¹⁺ قوی و خالص تولید کنیم و فروپاشی اون رو با دقت بالا اندازه‌گیری کنیم.”

دکتر روی-جیو چن، پژوهشگر پسادکتری که در این پروژه مشارکت داشت، توضیح داد: “تیم ما نیمه‌عمر فروپاشی بتای 205Tl⁸¹⁺ رو 291 (+33/-27) روز اندازه‌گیری کرد که یه اندازه‌گیری کلیدی به حساب میاد و امکان تعیین مقطع جذب نوترینوهای خورشیدی رو فراهم می‌کنه.”

پس از این‌که غلظت اتم‌های 205Pb در مواد معدنی لوراندیت توسط پروژه LOREX مشخص شد، امکان ارائه‌ی بینش‌هایی درباره‌ی تاریخچه‌ی تکاملی خورشید و ارتباط اون با اقلیم زمین در طول هزاران سال فراهم خواهد شد. پروفسور گابریل مارتینز-پیندو و دکتر توماس نف، که کار نظری برای تبدیل اندازه‌گیری به مقطع نوترینو رو رهبری کردن، گفتن: “این آزمایش مهم، قدرت فیزیک هسته‌ای نجومی رو در پاسخ به سوالات اساسی درباره‌ی جهان نشون میده.”

دکتر راگاندیپ سینگ سیدو، نویسنده‌ی اصلی این مقاله‌ی علمی، بر اهمیت گسترده‌تر اون تأکید کرد: “این آزمایش نشون میده که چطور یه اندازه‌گیری واحد، اگرچه چالش‌برانگیز، می‌تونه نقشی محوری در پاسخ به پرسش‌های مهم علمی مرتبط با تکامل خورشید ما ایفا کنه.”

این مقاله به یاد همکاران فقید فریتز بوش، هانس گیسل، پل کیندل و فریتز نولدن تقدیم میشه، که سهمشون در موفقیت این پروژه بی‌نهایت ارزشمند بود.