مرگ ابرنواختریِ کوتوله‌های سفید مانند انفجار یک بمب هسته‌ای است

چه کسی می‌دانست انفجار ستارگان کوتوله‌ی سفید و بمب‌های هسته‌ای در چیزهایی با هم اشتراک دارند؟

بر پایه‌ی پژوهشی تازه، هنگامی که یک کوتوله‌ی سفید دستخوش انفجارِ ابرنواختری می‌شود، انفجارش می‌تواند مانند انفجار یک بمب هسته‌ای روی زمین باشد.

ابرنواختر اس‌ان۲۰۱۴جی در کهکشان ام۸۲ یا کهکشان سیگار، یکی از نزدیک‌ترین ابرنواخترهای گونه‌ی یکم-ای در چند دهه‌ی گذشته [درباره‌اش اینجا خوانید: * سیگار کیهانی به دست ستاره‌ای پیر روشن شد]

کوتوله‌های سفید که پهنایی به اندازه‌ی زمین دارند، هسته‌های کم‌نور و رو به خاموشیِ ستارگان میان‌جرمِ مرده‌ای هستند که پس از ته کشیدن سوخت هسته‌ایشان، لایه‌های بیرونی پیکرشان را به فضا پس زده و این هسته را به جا گذاشته‌اند. خورشید ما هم سرانجام به یک کوتوله‌ی سفید تبدیل خواهد شد، مانند بیش از ۹۰ درصد ستارگان کهکشانمان.

پژوهش‌های گذشته نشان داده بود که کوتوله‌های سفید می‌توانند در انفجارهایی هسته‌ای به نام ابرنواخترهای گونه‌ی یکم-ای (type Ia) بمیرند. هنوز با ناشناخته‌های بسیاری درباره‌ی آنچه به این انفجارها می‌انجامد روبروییم، ولی بررسی‌های پیشین نشان می‌دادند که این انفجارها زمانی می‌توانند رخ دهند که یک کوتوله‌ی سفید، چه بسا در پی یک برخورد، از همدمی که در سامانه‌ی دوتایی دارد سوخت اضافی بکشد و بر جرم خود بیافزاید (در ابرنواخترهای گونه‌ی دو (type II)، انفجار زمانی رخ می‌دهد که یک تک-ستاره می‌میرد و در خود می‌رُمبد).

اکنون پژوهشگران روشی دیگر را برای رخ دادن ابرنواخترهای یکم-ای پیشنهاد داده‌اند- شاید انفجار کوتوله‌ی سفید مانند ترکیدن یک جنگ‌افزار هسته‌ای باشد.

با خنک شدنِ کوتوله‌ی سفید (در روند زندگی‌اش)، اورانیوم و دیگر عنصرهای سنگینِ پرتوزا (رادیواکتیو) که به نام آکتینیدها شناخته می‌شوند درون هسته‌ی ستاره بلوری می‌شوند (تبلور می‌یابند). گاهی اتم‌های این عنصرها خودبخود دچار شکافت هسته‌ای شده، به اجزای کوچک‌تر بخش می‌شوند. این نمونه‌های واپاشی پرتوزا می‌توانند انرژی و ذرات زیراتمی‌ای مانند نوترون آزاد کنند که به نوبه‌ی خود می‌توانند اتم‌های نزدیکشان را بشکنند.

اگر مقدار آکتینیدهای درون هسته‌ی یک کوتوله‌ی سفید از یک جرم بحرانی بیشتر باشد، می‌تواند یک واکنش زنجیره‌ایِ مهارناپذیرِ شکافت هسته‌ای را آغاز کند. این انفجار سپس می‌تواند همجوشی هسته‌ای به پا کند، با همجوشیدن هسته‌های اتم‌ها و پدید آوردن مقدار هنگفتی انرژی. یک بمب هیدروژنی هم به روشی همانند این، برای به پا کردنِ یک انفجار همجوشی هسته‌ای از یک واکنش زنجیره‌ایِ شکافت هسته‌ای بهره می‌گیرد.

محاسبه‌ها و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ایِ این پژوهش تازه نشان دادند که یک جرم بحرانیِ اورانیوم واقعا می‌تواند از آمیزه‌ی عنصرهایی که معمولا در یک کوتوله‌ی سفیدِ خنک شونده پیدا می‌شود بلوری گردد. دانشمندان دریافته‌اند که اگر این اورانیوم به دلیل یک واکنش زنجیره‌ای شکافت هسته‌ای منفجر شود، گرما و فشارِ پدید آمده در هسته‌ی کوتوله‌ی سفید می‌تواند به اندازه‌ای بالا برود که به همجوشی عنصرهای سبک‌تری مانند کربن و اکسیژن انجامیده و یک ابرنواختر بیافریند.

چارلز هوروویتس، اخترفیزیکدان هسته‌ای در دانشگاه ایندیانا و یکی از نویسندگان این پژوهش می‌گوید: «شرایط ساخت و به کار انداختن یک بمب اتمی بسیار دشوار به نظر می‌رسد- من شگفت‌زده شدم از این که می‌بینیم این شرایط می‌توانند به شیوه‌ای طبیعی درون یک کوتوله‌ی سفیدِ بسیار چگال هم فراهم شوند.»«اگر این دست باشد، روشی بسیار نوین برای اندیشیدن درباره‌ی ابرنواخترهای گرماهسته‌ای و چه بسا انفجارهای اخترفیزیکی دیگری به ما می‌دهد.»

نمایی از یک شبیه‌سازی رایانه‌ای که شکل‌گیری بلورهای اورانیوم (نارنجی) را در مایعی از هسته‌های اکسیژن و کربن (سفید) نشان می‌دهد

هوروویتس می‌گوید: «خوب این سازوکار تازه می‌تواند به توضیح چند ابرنواختر یکم-ای کمک کند؟ شاید حدود نیمی از آنها.»

دقیبق‌تر بگوییم، این یافته‌های تازه شاید بتوانند ابرنواخترهای یکم-ایی را که در یک میلیارد سال نخستِ پیدایش یک کوتوله‌ی سفید رخ می‌دهند، زمانی که هنوز همه‌ی اورانیوم آنها واپاشی پرتوزا نشده توضیح دهند. به گفته‌ی هوروویتس، برای کوتوله‌های سفید پیرتر، ابرنواختر یکم-ای می‌تواند از راهِ ادغامِ دو کوتوله‌ی سفید رخ دهد.

پژوهش‌های آینده می‌توانند دربردارنده‌ی شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای پی بردن به این باشند که آیا واکنش‌های زنجیره‌ای شکافت در کوتوله‌های سفید می‌توانند باعث همجوشی شوند، و این که چنین چیزی چگونه رخ می‌دهد. هوروویتس می‌گوید: «فرآیندهای فیزیکی بسیار گوناگونی در زمان انفجار رخ می‌دهند و بنابراین بی‌قطعیتی‌های بسیاری می‌تواند وجود داشته باشد.» چنین پژوهشی همچنین می‌تواند راه‌هایی را به ما نشان دهد تا بتوانیم بفهمیم هیچ ابرنواختر یکم-ایی به دلیل این سازوکارِ نویافته رخ داده یا نه.

هوروویتس و نویسنده‌ی همکارش، مت کاپلن که یک فیزیکدان نظری در دانشگاه ایالتی ایلینوی است جزییات یافته‌های خود را در شماره‌ی برخطِ ۲۹ مارسِ نشریه‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر کردند.


--------------------------------------------

تلگرام، توییتر، و اینستاگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky
instagram.com/1star.7sky

واژه‌نامه:

nuclear weapon - white dwarf - star - supernova - Earth - core - sun - galaxy - type Ia - binary - type II - uranium - radioactive - element - actinide - atom - nuclear fission - decay - subatomic particle - neutron - chain reaction - nuclear fusion - hydrogen bomb - carbon - oxygen - atomic bomb - Charles Horowitz - Indiana University - thermonuclear - Matt Caplan - Illinois State University - Physical Review Letters

منبع: اسپیس دات کام
برگردان: یک ستاره در هفت آسمان

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه