کشف یک فرآیند جدید هسته‌زایی در کیهان

به گزارش مجله خبری نگار، دانشمندان «موسسه پژوهش یون سنگین هلمهولتز»(GSI Helmholtz)، «دانشگاه فناوری دارمشتات»(TU Darmstadt) و «موسسه اخترفیزیک ماکس پلانک»(MPI for Astrophysics)، یک فرآیند جدید هسته‌زایی را بررسی کرده‌اند که به عنوان «فرآیند وی‌آر»(νr-process) شناخته می‌شود. این فرآیند هنگامی عمل می‌کند که مواد غنی از نوترون در معرض شار بالایی از نوترینوها قرار می‌گیرند.

به نقل از فیز، این پژوهش جدید ممکن است راه حلی برای یک مسئله دیرینه درباره تولید گروهی از ایزوتوپ‌های کمیاب موجود در منظومه شمسی باشد که منشا آنها هنوز به خوبی شناخته نشده است. این ایزوتوپ‌ها «هسته‌های پی»(p-nuclei) نام دارند.

فرآیندهای همجوشی که در ستاره‌های پرجرم ایجاد می‌شوند، هسته‌هایی را از آهن و نیکل تولید می‌کنند. در مقابل، بیشتر هسته‌های سنگین پایدار مانند سرب و طلا از طریق فرآیندهای آهسته یا سریع جذب نوترون تولید می‌شوند.

برای تولید بقیه فرآیندها که کمبود نوترون دارند، انواع فرآیندهای هسته‌زایی پیشنهاد شده است. با وجود این، توضیح دادن فراوانی برخی از ایزوتوپ‌ها در اوایل شکل‌گیری منظومه شمسی همچنان یک چالش باقی مانده است.

فرآیند وی‌آر، امکان تولید همزمان همه آن هسته‌ها را فراهم می‌آورد زیرا نوترینوها یک مجموعه را از واکنش‌های جذب کاتالیز می‌کنند. این فرآیند در جریان‌های غنی از نوترون موجود در انفجارهای اخترفیزیکی عمل می‌کند که وقتی دما بالاست، از نوترون‌ها و هسته‌های اطراف آهن و نیکل تشکیل می‌شود.

با کاهش دمای ماده، هسته‌های سنگین‌تر توسط توالی جذب نوترون و فرآیندهای تعامل ضعیف تولید می‌شوند. برخلاف فرآیند جذب نوترون سریع که در آن واکنش‌های ضعیف، «واپاشی بتا»(Beta decay) هستند، برای فرآیند وی‌آر واکنش‌های جذب نوترینو رخ می‌دهند.

هنگامی که نوترون‌های آزاد تمام می‌شوند، واکنش‌های بیشتر جذب نوترینو، نوترون‌های محدودشده در هسته‌ها را به پروتون تبدیل می‌کنند و هسته‌های تولیدشده را به سمت خط پایداری بتا و حتی فراتر از آن سوق می‌دهند.

انرژی‌ نوترینوها به اندازه‌ای بالاست که هسته‌ها را به تجزیه شدن توسط گسیل نوترون‌ها، پروتون‌ها و ذرات آلفا ترغیب کند. ذرات منتشرشده توسط هسته‌های سنگین جذب می‌شوند.

این کار یک مجموعه از واکنش‌های جذبی را به وجود می‌آورد که توسط نوترینوها کاتالیز می‌شوند و فراوانی نهایی عناصر تولیدشده توسط فرآیند وی‌آر را تعیین می‌کنند. بدین ترتیب، نوترینوها می‌توانند هسته‌هایی با کمبود نوترون تولید کنند که در غیر این صورت غیر قابل دسترس هستند.

«زوی شیونگ»(Zewei Xiong)، دانشمند دپارتمان اخترفیزیک و ساختار هسته‌ای موسسه پژوهش یون سنگین هلمهولتز و از پژوهشگران این پروژه گفت: یافته‌های ما امکان جدیدی را برای توضیح دادن منشا هسته‌های پی از طریق واکنش‌های جذب نوترینو در هسته‌ها فراهم می‌آورد.

با تعیین یک مجموعه از واکنش‌هایی که فرآیند وی‌آر را هدایت می‌کنند، نوع انفجار ستاره‌ای که واکنش در آن رخ می‌دهد باید شناسایی شود.

پژوهشگران معتقدند فرآیند وی در موادی عمل می‌کند که به یک محیط دارای میدان‌های مغناطیسی قوی مانند ابرنواخترهای مغناطیسی در حال چرخش، رمب‌اخترها یا مگنتارها پرتاب می‌شوند.

این نظریه، اخترفیزیک‌دانان را به جستجوی شرایط مناسب برانگیخته است و آنها پیشتر گزارش داده‌اند که پرتاب‌های مغناطیسی به شرایط لازم می‌رسند.

فرآیند وی‌آر نیازمند دانش پیرامون واکنش‌های نوترینو و واکنش‌های جذب نوترون روی هسته‌هایی است که در دو طرف خط پایداری بتا قرار دارند. بررسی واکنش‌های مربوطه با قابلیت‌های منحصربه‌فرد حلقه ذخیره‌سازی در تاسیسات موسسه پژوهش یون سنگین هلمهولتز امکان‌پذیر خواهد شد.