تفاعلات الانصهار النجمي
تفاعلات الانصهار النجمي هومصطلح عام يُطلق على كافة التفاعلات النووية التي تحدث في النجوم لكي تُنتج نوى ذرية أثقل من الهيدروجين. ويحدث أيضاً قدر صغير من هذه التفاعلات على سطوح النجوم تحت ظروف متنوّعة. أما عندما تتشكّل هذه العناصر الأثقل خلال انفجار نجم فإنه يُطلق عليها "تفاعلات انصهار المستعرات العظيمة".
بدأت هذه العمليّة المعقّدة تُفهم في أوائل القرن العشرين، حينما استوعب الفهماء للأول مرة حتى الطاقة التي تنشأ من التفاعلات النووية تُعلّل عمر الشمس الطويل كمصدر للحرارة والضوء. الطاقة الأوليّة التي تنشأ في الشمس هي نتيجة لاندماج ذرّات الهيدروجين في النواة مكونة ذرات الهيليوم، وأدنى درجة حرارة يُمكن حتى يحدث فيها هذا الاندماج هي ثلاثة ملايين كلفن.
تاريخ
كان آرثر إيدنغتون هوأوّل من اقترح حتى النجوم تُنتج طاقتها عن طريق عمليّة الاندماج النووي لنوى الهديروجين لكي تشكّل نوى هيليوم، وقد قام بذلك في عام 1920 بناءً على قياسات دقيقة للذرات أجراها فرانسيس أستون. وفي عام 1928، اقترح "جورج غاموُو" ما يُعهد الآن بـ"عامل غاموُو"، وهي صيغة لميكانيكا الكم تُعطي احتمالية بتجاذب نواتين ذريّتين قريبتين من بعضهما كفاية لكي تستطيع القوة النووية الشديدة التغلّب على "حاجز الكووْلومب". وقد استخدم أتكنسون وهووْترمانز - ولاحقاً غاموونفسه وتيلّار - عامل غامووفي ثلاثينيّات القرن العشرين لاستنتاج المعدّل الذي تحتاجه التفاعلات النووية لكي تنشأ في درجات الحرارة العالية (والتي يُعتقد أنها توجد في نوى النجوم).
قام "هانز بيث" في عام 1939 بتحليل إمكانيات اختلاف التفاعلات التي يندمج الهيدروجين بواسطتها إلى هيليوم بين النجوم المتنوعة، وذلك في ورقة بعنوان "إنتاج الطاقة في النجوم". وقد قام باختيار عمليّتين يعتقد أنهم مصدر طاقة النجوم. الأولى - "سلسلة البروتون-بروتون" - هي مصدر الطاقة الأكثر شيوعاً للنجوم ذات الكتلة التي تصل إلى حوالي كتلة الشمس. أما الثانية - "دورة الكربون-نتيروجين-أوكسجين" - فهي الأكثر أهميّة في النجوم الأعلى كتلة من الشمس، وقد قام "كارل وييْزسوكِر" أيضاً بدراسة هذه العملية في عام 1938. وتتعلّق هذه الفرضيّات بكيفية تولّد الطاقة القادرة على الحفاظ على حرارة النجوم، في حين أنها لم تتطرّق إلى إنتاج العناصر الأثقل في النواة. أما بالنسبة لهذه النظرية - إنتاج العناصر - فقد وضعها فريد هويل في عام 1946 مع برهانه على حتى مجموعة من النوى شديدة الحرارة يُمكن حتى تندمج مكوّنة نواة حديد.
وقد تم تسليم الكثير من الأمور المهملة في نظرية هويل بسرعة، وبدأت هذه الإصلاحات بورقة مراجعة لـ"مارغرت بربدج" و"جيوفرّي بربدج" و"ويليام فووْلر" وهويل نفسه، والتي نُشرت في عام 1957.
مفتاح التفاعلات
أهم التفاعلات في الانصهار النجمي هي:
- احتراق الهيدروجين:
- سلسلة البروتون-بروتون.
- دورة الكربون-نتيروجين-أوكسجين.
- احتراق الهيليوم:
- عملية ثلاثية-ألفا.
- عملية ألفا.
- احتراق العناصر الأثقل:
- احتراق الكربون.
- احتراق النيون.
- احتراق الأوكسجين.
- احتراق السيليكون.
- إنتاج العناصر الأثقل من الحديد:
- أسر النيوترونات:
- عملية-آر.
- عملية-إس.
- أسر البروتونات:
- عملية آربي.
- انحلال الفوتون:
- عملية بي.
- أسر النيوترونات:
المراجع
- ^ F. Hoyle (1946). "The synthesis of the elements from hydrogen". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 106: 343–383.
- ^ E. M. Burbidge, G. R. Burbidge, W. A. Fowler, F. Hoyle (1957). "Synthesis of the Elements in Stars". Reviews of Modern Physics. 29 (4): 547–650. doi:10.1103/RevModPhys.29.547.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
- Bethe, H. A. (1939). "Energy Production in Stars". Physical Review. 55 (1): 103. doi:10.1103/PhysRev.55.103. (subscription needed)
- Bethe, H. A. (1939). "Energy Production in Stars". Physical Review. 55 (5): 434–456. doi:10.1103/PhysRev.55.434.
- Hoyle, F. (1954). "On Nuclear Reactions occurring in very hot stars: Sysnthesis of elements from carbon to nickel". Astrophys. J. 1 (Supplement 1): 121–146. doi:10.1086/190005.
- Clayton, Donald D. (1968). Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis. New York: McGraw-Hill.
- Alak K. Ray (2004) Stars as thermonuclear reactors: their fuels and ashes (arxiv.org article)
-
Wallerstein, G. (1999). "Synthesis of the elements in stars: forty years of progress" (pdf). Reviews of Modern Physics. 69 (4): 995–1084. doi:10.1103/RevModPhys.69.995. Retrieved 2006-08-04. Unknown parameter
|coauthors=ignored (|author=suggested) (help) -
Woosley, S. E. (2002). "The evolution and explosion of massive stars". Reviews of Modern Physics. 74 (4): 1015–1071. doi:10.1103/RevModPhys.74.1015. Unknown parameter
|coauthors=ignored (|author=suggested) (help) - Clayton, Donald D. (2003). Handbook of Isotopes in the Cosmos. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN .
- How the Sun Shines by John N. Bahcall
- Nucleosynthesis in NASA's Cosmicopia
