ماذا يوجد في الشمس وما هو ليس كذلك

ماذا يوجد في الشمس؟
ماذا يوجد في الشمس؟

أصبح القياس المباشر للنسبة المئوية للعناصر الموجودة في لب الشمس ممكنًا من خلال دراسة تقيس ما يسمى بدورة CNO للنيوترينوات القادمة من الشمس.

تطلق أحداث اندماج الهيدروجين في لب الشمس كميات كبيرة من النيوترينوات الشمسية. وبالتالي فهي دليل ملموس على أن العمليات النووية تمد الشمس بالطاقة. تم تحديد كثافة ودرجة حرارة باطن الشمس من قياسات النيوترينوات الشمسية ، لكن التركيب الكيميائي للشمس لا يزال غير معروف. وفقًا لـ Borexino Collaboration ، فإن دورة حرق الهيدروجين CNO في الشمس هي الآن موضوع قياس جديد لتدفق النيوترينو.

تنتج هذه الدورة نيوترينوات ذات فائدة تشخيصية هائلة لخصائص باطن الشمس. من خلال قياس هذه النيوترينوات ، تقدم الشراكة مجموعة لا تقدر بثمن من المعلومات حول تركيبة عناصر الشمس وتقربنا خطوة واحدة من حل صراع احتل الفيزياء الشمسية لأكثر من 20 عامًا.

تقوم النجوم بتحويل الهيدروجين إلى هيليوم حوالي 90٪ من وقتها ، مما يؤدي إلى تكوين اثنين من النيوترينوات في هذه العملية. الآليتين الرئيسيتين اللتين يحدث بهما اندماج النجوم هما دورة CNO وسلسلة PP ، والمعروفة أيضًا باسم سلسلة البروتون-البروتون. غالبًا ما تتأثر درجة حرارة النجم بكتلة النجم ، وتحدد ما إذا كانت سلسلة pp أو دورة CNO هي المهيمنة.

دورة CNO هي مصدر الطاقة الأساسي للنجوم الأكثر ضخامة ؛ تنتج سلسلة pp تقريبًا كل الطاقة النووية في الشمس والنجوم الأخرى ذات الكتلة المنخفضة. سلسلة PP هي سلسلة من الأحداث النووية التي تستخدم الهيدروجين كوقود فقط ولا تستخدم أي نوى أخرى.

في المقابل ، تستخدم دورة CNO وجود نوى C و N و O كمحفزات لإنتاج الهيليوم. تكشف هذه العملية التحفيزية عن علاقة خطية بين تدفق نيوترينوات CNO وكميات C و N و O في الشمس. نتيجة لذلك ، تعد نيوترينوات CNO أداة فعالة لدراسة التركيب الكيميائي لبؤرة الشمس.

يعد فهم التركيب الكيميائي للشمس أمرًا بالغ الأهمية ليس فقط لفيزياء الشمس ، ولكن لجميع علم الفلك ، حيث تعمل النسب المئوية للعناصر المختلفة في الشمس كـ "مخطط كيميائي" لحساب النسب المئوية للعناصر في النجوم الأخرى وسحب الغاز. ومع ذلك ، فإن النسبة المئوية للعناصر الموجودة في قلب الشمس كانت موضوع نقاش مستمر. الطريقة الأساسية لتحديد التركيب الكيميائي للشمس هي النظر إلى خطوط الامتصاص في طيفها.

دراسات طيفية للعناصر

كانت العناصر الأساسية مثل C و N و O موجودة بتركيزات عالية جدًا في الفحوصات الطيفية المبكرة ، ولكن في أوائل العقد الأول من القرن الحالي ، بدأت أحدث التقنيات في قياس نسب أقل من 2000٪ إلى 30٪ من التقديرات الأولية.

عند استخدام تقديرات الوفرة المنخفضة هذه كمدخلات ، فإن تقديرات النموذج الشمسي القياسي (SSM) ، النموذج الفيزيائي المستخدم للتنبؤ ببنية الشمس وتطورها ، تختلف اختلافًا كبيرًا عن الملاحظات الداخلية للشمس التي أجراها علم الشمس. من ناحية أخرى ، فإن تقديرات SSM المستندة إلى النسب المئوية السابقة لوجود الشمس تتوافق بشكل لافت للنظر مع دليل علم الشمس.

مشكلة الوفرة الشمسية هي تناقض عمره 20 عامًا يستعصي على حل مرض. يبدو أن أحدث البيانات الطيفية وملاحظات علم الشمس في تحسن. ومع ذلك ، فقد سعى مجال الفيزياء الشمسية منذ فترة طويلة إلى طريقة موثوقة لتحديد الوفرة الكيميائية للشمس. في هذه المرحلة ، تصبح النيوترينوات وأحدث نتائج Borexino مهمة.

من خلال دمج ملاحظات تدفق النيوترينو المتميز من اضمحلال البورون -8 ، والذي له اعتماد كبير على درجة الحرارة ، يمكن تحويل قياس تدفق CNO إلى قياس وفرة C زائد N. تم استخدام هذا التدفق من خلال التعاون للحد بدقة من درجة حرارة الشمس الأساسية إلى ما يقرب من 0,1 ٪. استخدم العلماء درجة الحرارة هذه لحساب العلاقة بين تدفق CNO وكميات C و N و O ، وحصلوا على أول قياس لنسب الوجود الكيميائي في قلب الشمس. استنادًا إلى قياسات النيوترينو فقط ، توفر هذه المنهجية تقييمًا مستقلاً تمامًا لتركيب الطاقة الشمسية يمكن من خلاله مقارنة النتائج الطيفية الجديدة والتاريخية.

قد يشير الاختلاف بين الوفرة التي تم الحصول عليها من خلال الدراسات الطيفية لسطح الشمس والنسب المئوية للنواة التي وجدها Borexino إلى أن التركيب الكيميائي للشمس يتغير مع العمق. يمكن تفسير هذا التوزيع غير المتكافئ للعناصر من خلال تطور الشمس في بيئة غير متجانسة أو تراكم المواد الكوكبية التي تثري الطبقات الخارجية للشمس بعناصر معينة.

على الرغم من عدم وجود خطط حاليًا لتجربة نيوترينو شمسية محددة ، إذا تم تطوير تجربة باستخدام المعرفة الفنية التي حصل عليها Borexino ، فسيكون لها مستقبل واعد وستقدم رؤى لا تقدر بثمن حول الشمس.

المصدر: physics.aps.org/articles/v15/190

 

Günceleme: 13/12/2022 17:23

إعلانات مماثلة

كن أول من يعلق

Yorumunuz