پروتونها بر روی خواص ستارههای نوترونی تاثیر میگذارند!
مجله علمی ایلیاد - مطالعهای که توسط کنسرسیوم بینالمللی همکاری CLAS صورت گرفته و شامل ۱۸۲ عضو و ۴۲ موسسه در ۹ کشور است، تایید کرده است که افزایش تعداد نوترونها نسبت به پروتونها در هستهی اتم، باعث افزایش تکانهی پروتونهای آن میشود. نتیجهی این پژوهش که در مجلهی Nature به چاپ رسیده است، ارتباط آنرا با دینامیک ستارههای نوترونی، روشن کرده است.
هستهی اتم همانند بستهای از پروتونها و نوترونها است، هرچند که این بسته، به اندازهی ستارههای نوترونی چگال نیست. گاهی اوقات، اگر یک پروتون و یک نوترون به اندازهی کافی به هم نزدیک باشند، درونِ هسته اتم و در انرژی بسیار بالایی به هم چسبیده و جفت میشوند. چنین همبستگیِ کوتاه مدتی، میتوانند بهطور قابل توجهی بر روی تعادل انرژی و خواص کلی هستهی اتم تاثیر بگذارد.
پژوهشگرانCLAS مطالعهی خود را بر روی دادههای جمعآوری شده توسط شتابدهندهی ذرات و آشکارساز آزمایشگاه جفرسون در ویرجینیا، انجام دادند. اسپکترومترCLAS برای شناسایی و ضبط ذرات چندگانهای که بعد از برخورد پرتوهای الکترونی به اتمها ساطع میشوند، طراحی شده است.
این گروه، دادههای مربوط به آزمایشی که در سال ۲۰۰۴ انجام شده بود را دوباره تجزیه و تحلیل کرد. در این آزمایش، CLAS پرتوی الکترونی ۵.۰۱ گیگا الکترون ولتی را برای بررسی هستههای کربن، آلومینیوم، آهن و سرب تولید کرده بود. علاوه بر اندازههای متفاوت، هر یک از این چهار اتم، دارای نسبتهای مختلف نوترون به پروتون در هستههایشان هستند و کربن دارای کمترین و سرب دارای بیشترین تعداد نوترونها است.
«مایتل دوئر»، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه تل آویو، میگوید: «هنگامی که الکترون به داخل رفته و به هسته میرسد، به یک پروتون یا نوترون برخورد میکند. ما الکترون و پروتون یا نوترون پراکنده شده را شناسایی کردیم. این نخستین باری است که تکانهی پروتون و نوترونی که در زمان کوتاهی به هم جفت میشوند، اندازهگیری میشود.»
دوئر و همکارانش دریافتند که با افزایش تعداد نسبی نوترونها در یک اتم، احتمال اینکه پروتونی در انرژی بالا تشکیل یک جفت بدهد، افزایش خواهد یافت. با این حال، احتمال اینکه یک نوترون تشکیل جفت دهد، ثابت باقی میماند. این روند نشان میدهد که در اشیایی که دارای تراکم بالای نوترون هستند، پروتونها بخش اعظم انرژی متوسط را حمل میکنند.
دکتر «اُرهن» پژوهشگر در دانشگاه امآیتی، میگوید: «وقتی که تعداد نوترونهای داخل هسته را تا ۵۰ درصد افزایش دادیم، تعداد پروتونهایی که دارای تکانه بالایی بودند نیز ۵۰ درصد افزایش پیدا کرد. احتمالاً، این اتفاق نتیجهی پدیدهی ترجیح جفت که در همبستگیهای کوتاه مدت به وجود میآید، است. به این ترتیب، پروتونها و نوترونها هر دو ترجیح میدهند که با ذرات متفاوت از خودشان و با نسبت ۲۰ به ۱ جفت شوند. در هستههای غنی از نوترون، پروتونها فرصتهای بیشتری را برای جفت شدن نسبت به نوترونهای فراوان موجود در هسته دارند. نتیجهی اصلی مطالعه این است که همچنان که تعداد نوترونهای هسته بیشتر و بیشتر میشود، احتمال جفت شدن نوترونها به صفر میرسد و این احتمال برای پروتونها افزایش مییابد.»
دکتر اُرهن اضافه کرد: «روند به وجود آمدن پروتونهای پُرانرژی در اتمهای غنی از نوترون در اشیاء چگالتر مانند ستارههای نوترونی نیز رخ میدهد. نقش پروتونها در این اشیاء بینهایت چگال، میتواند مهمتر از چیزی باشد که پیشتر تصور میشد. چنین کشفی میتواند درک دانشمندان از رفتار ستارههای نوترونی را متحول کند. به عنوان مثال، پروتونها احتمالاً انرژی بسیار بیشتری از آنچه که قبلاً تصور میشد، حمل میکنند و در به وجود آمدن برخی خواص ستارههای نوترونی مانند سختی، نسبت جرم به اندازه و فرآیندِ خنک شدن آنها سهیم هستند.»
تمام این خصوصیات در چگونگی ادغام دو ستارهی نوترونی تاثیرگذار هستند. به عقیدهی ما، ادغام شدن دو ستارهی نوترونی، یکی از فرآیندهای اصلی موجود در جهان است که هستههای سنگینتر از آهن، مانند طلا را تولید میکند. اکنون که میدانیم کسر کوچکی از پروتونهای موجود در ستارهها جفت شده هستند، میباید در مورد رفتار ستارههای نوترونی دویار تفکر کنیم.
نوشته: SciNews
ترجمه: آوین تهمتن - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: آوین تهمتن - مجله علمی ایلیاد