تمكن الفيزيائيون للمرة الأولى من إجراء قياس مباشر لإحدى الطرق التي تُشكل بها النجوم المتفجرة أثقل العناصر في الكون. راقب فريق بقيادة الفيزيائي جافين لوتاي من جامعة سري في المملكة المتحدة عملية التقاط البروتون، التي يُعتقد أنها تحدث داخل انفجار السوبرنوفا، وذلك بتقصي شعاع متسارع من الأيونات المشعة.
لم تسمح تلك القياسات للعلماء برؤية كيف تحدث السوبرنوفا بالتفصيل فحسب، بل أتاحت لنا فهمًا أفضل لإنتاج ووفرة النظائر الغامضة التي تسمى p-nuclei أيضًا. يمكن ببساطة أن نعد النجوم مصانع عناصر الكون، إذ وُجد خليط من الهدروجين والهيليوم قبل أن تولد النجوم وتبدأ بتحطيم نوياتها معًا في اللب. ثم بدأ هذا الاندماج النووي النجمي بضخ عناصر أثقل في الكون، من الكربون إلى الحديد في النجوم الأضخم.
هنا يواجه اندماج اللب عقبة، إذ إن الطاقة والحرارة اللازمتان لإنتاج الحديد بواسطة الاندماج تفوقان الطاقة التي تولدها العملية، مسببةً انخفاض درجة حرارة اللب، ما يؤدي إلى موت النجم في انفجار مذهل يسمى السوبرنوفا. يظن العلماء أن العناصر الأثقل تولد عند هذه المرحلة. يُعد الانفجار نشطًا لدرجة أن الذرات قد تلتقط مكونات من بعضها عندما تتصادم.
ليس بالضرورة أن تكون السوبرنوفا، إذ اكتُشفت عناصر ثقيلة تتشكل من تصادم بين نجمين نيوترونيين، لكن المبدأ واحد، الازدهار الكوني الهائل يعني طاقةً كافيةً لتشكيل العناصر. تُشكل نظائر p-nuclei التي يبلغ عددها نحو 30 والتي تنشأ من العناصر الثقيلة طبيعيًا نحو 1% من العناصر الثقيلة في مجموعتنا الشمسية، ويُعد تكوينها لغزًا.
النظائر هي أشكال للعنصر ذاته، تختلف من ناحية الكتلة الذرية بسبب اختلاف عدد النيوترونات في النواة، لكنها تمتلك عدد البروتونات ذاته. تقيد p-nuclei تفاعل الانصهار في انهيار اللب والسوبرنوفا النووية الحرارية وتُعد نظائر فقيرة بالنيوترونات، غنية بالبروتونات في الوقت ذاته، ولندرتها الشديدة يصعب رصدها، ما أدى إلى صعوبة معرفة كيفية تشكلها.
عملية غاما هي النموذج المفضل حاليًا، إذ تلتقط الذرات البروتونات الطليقة في أثناء حدث نشط. ولأن عدد البروتونات يحدد هوية العنصر الكيميائي، تحول هذه العملية العنصر إلى العنصر التالي في الجدول الدوري، فينتج نظير فقير بالنيوترونات.
جُمعت الملاحظات باستخدام فاصل ومسرع النظائر في مختبر TRIUMF الوطني في كندا لإنتاج شعاع من ذرات الروبيديوم-83 المشحونة. واستُخدم مطياف كشف أشعة غاما ومطياف ارتداد الكتلة لتسجيل ورصد العمليات التي تطرأ على الشعاع. قال الباحثون أن النتائج دلت على إنتاج p-nucleus السترونتيوم-84 بما يتوافق مع عملية غاما. ووجدوا أن معدل التفاعل النووي الحراري كان أقل مما توقعته النماذج النظرية، ما أدى إلى إنتاج أعلى لسترونتيوم-84.
وفقًا للباحثين، كان معدل الإنتاج المعاد حسابه متوافقًا مع وفرة السترونتيوم-84 الملحوظة في النيازك، قد يساعد ذلك في تسليط الضوء على العمليات الفيزيائية الفلكية الأخرى. قال لوتاي: يُشكل الربط بين مجموعة أشعة غاما عالية الدقة وفاصل كهروستاتيكي متقدم لقياس تفاعلات عمليات غاما علامةً فارقةً في القياس المباشر للعمليات الفيزيائية الفلكية. كان يُعتقد أن مثل هذه القياسات بعيدة المنال للتقنيات التجريبية الحالية، وقد وفرت الدراسة الأخيرة الكثير من الاحتمالات المستقبلية.
اقرأ أيضًا:
طريقة جديدة للوصول إلى سرعة الضوء بركوب أمواج انفجارات السوبرنوفا
المستعر الأعظم ( السوبرنوفا ) – الحدث الأكثر تألقًا في الكون !
ترجمة: ربيع شحود
تدقيق: يمنى عيسى
