- حلّ العلماء عدم يقين مهم في عملية تكوّن عنصر السترونتيوم.
- اعتمدت الدراسة على سلوك نظائر الكريبتون لاستنتاج تكوّن السترونتيوم.
- معدل التقاط النيوترونات لكريبتون-88 أقلّ بكثير من التوقعات النظرية.
- تسهم النتائج في تضييق الفجوة مع بيانات رصد النجوم القديمة.
وهي نظائر لا يمكن إنتاجها عبر التقاط النيوترونات. تتضمّن كل عملية من هذه العمليات التقاط نيوترونات أو إزالتها، وقد فسّرت هذه العمليات بفعالية تكوّن تلك العناصر حتى تسعينيات القرن العشرين. غير أنه مع بدء العلماء في رصد وفرة بعض العناصر داخل النجوم القديمة، بدأت هذه التفسيرات تظهر انحرافات، وكان عنصر السترونتيوم أحد أبرز تلك الحالات. تفسير وفرة السترونتيوم السترونتيوم معدن قلوي ترابي يُستخدم عادة في الألعاب النارية وأصباغ الإضاءة الليلية. كما يُستخدم في التحليلات الأثرية، إذ تساعد نظائره العلماء في تحديد عمر العينات وأماكن نشأتها. أما بالنسبة لعلماء الفلك، فإن فهم كيفية تكوّن السترونتيوم يساعد في تفسير التخليق النووي، أي عملية تكوّن العناصر داخل النجوم.
تكوّن عنصر السترونتيوم وأهميته
أُحدى الآليات المُقترَحة لتفسير وفرة السترونتيوم هي عملية i. تحدث هذه العملية في ظروف وسطية بين عمليتي s وr، حيث تكون كثافة النيوترونات والجداول الزمنية في حدود دقائق معدودة. أما عملية r فهي عملية التقاط نيوترونات سريع، وعملية s هي عملية التقاط نيوترونات بطيء، في حين تقوم عملية i بامتصاص النيوترونات بسرعة وتوليد عناصر أثقل. ورغم أن نماذج عملية i تستطيع تفسير وفرة عناصر متعددة، فإنها لا تنطبق على السترونتيوم بسبب انخفاض إنتاجه بشكل كبير. وقال فالك هيرفيغ (Falk Herwig)، أستاذ الفيزياء والفلك في جامعة فيكتوريا: "حدّد نموذجنا التقاط النيوترونات لكريبتون-88 بوصفه العامل المجهول الحاسم في نقص السترونتيوم."
إزالة عدم اليقين يصعب قياس تفاعلات التقاط النيوترونات مباشرةً بسبب صعوبة إعادة إنتاج ظروف النجوم داخل المختبرات؛ إذ تحدث هذه التفاعلات بمعدلات منخفضة، وتتميز الأنوية المشاركة فيها بأعمار قصيرة. وللتغلب على هذا التحدي، اعتمد الباحثون نهجًا غير مباشر، إذ أنتجوا النظير الأثقل كريبتون-89 وتركوه يتحلل إلى حالات طاقة أدنى. وباستخدام كاشف صوديوم المجموع (SuN) التابع لمرفق FRIB داخل ATLAS، تمكّن الباحثون من قياس أشعة غاما المنبعثة من كريبتون-89، واستنتاج معدل التقاط النيوترونات لكريبتون-88 بشكل غير مباشر. وأظهرت النتائج أن معدل التقاط النيوترونات لكريبتون-88 أقلّ بكثير من التوقعات النظرية.تقدم مهم في إزالة عدم اليقين النووي
وعند استخدام هذا المعدل داخل نماذج عملية i، أظهرت النتائج أن كمية السترونتيوم المتولّدة أصبحت أقرب بكثير إلى بيانات الرصد الفلكي. وأضاف هيرفيغ في البيان الصحفي: "الآن وقد عرفنا معدل هذا التفاعل، فإن العمل التالي يقع بالكامل على عاتق من يعملون على نماذجنا." "ومع إزالة عدم اليقين النووي الرئيسي، يمكننا الانتقال إلى علم الفلك، ودراسة كثافة النيوترونات وأوقات الاحتراق، والعمل على تضييق الفجوة مع ما نرصده في أقدم النجوم." وقد نُشرت نتائج الدراسة في مجلة Nature Communications Physics.
البند المواصفات المؤسسات البحثية الرئيسية مرفق الشعيرات النظيفة (FRIB)، نظام المسرّع الخطي المتتابع (ATLAS) في الأرجنتين العنصر المحوري السترونتيوم المنهجية البحثية القياس غير المباشر لأشعة غاما المنبعثة من كريبتون-89
أثر دراسة السترونتيوم على علم الفلك
يرتبط تكوّن عنصر السترونتيوم ارتباطًا وثيقًا بعمليات التخليق النووي داخل النجوم، ويُعدّ فهم آلية تكوّنه أمرًا بالغ الأهمية لعلماء الفلك. ولا تقتصر أهمية هذا البحث على حلّ الانحرافات السابقة في تفسير وفرة السترونتيوم فحسب، بل يفتح أيضًا آفاقًا جديدة أمام الدراسات المستقبلية. ومن خلال إزالة حالات عدم اليقين الجوهرية، سيتمكّن العلماء من محاكاة التفاعلات النووية داخل النجوم بمزيد من الدقة، واستكشاف تأثير كثافة النيوترونات وأوقات الاحتراق، بما يعزز الفهم العام لتكوّن العناصر في الكون.