فهرست مطالب
دانشمندان با استفاده از شبیهسازی پیشرفته نشان دادند خورشید حدود ۵۵ درصد نقره بیشتری از برآوردهای قبلی دارد و معمای نقره گمشده را حل کردند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، یکی از معماهای قدیمی اخترشناسی سرانجام به پاسخ نزدیک شده است. سالها بود که اندازهگیریهای انجامشده از لایههای بیرونی خورشید نشان میداد که این ستاره، نقره بسیار کمتری از مقدار مورد انتظار در خود دارد. این اختلاف با دادههای بهدستآمده از شهابسنگهای بسیار کهن، پرسشهای زیادی درباره تاریخ شکلگیری منظومه شمسی ایجاد کرده بود.
اکنون پژوهشی تازه نشان میدهد نقره گمشده هیچگاه از خورشید ناپدید نشده است. دانشمندان بیان کردند که روشهای متداول اندازهگیری طیفی به دلیل نادیده گرفتن برخی فرایندهای پیچیده فیزیکی، مقدار واقعی این عنصر را کمتر از واقعیت نشان دادهاند.
نقره تنها بخش بسیار کوچکی از ترکیب خورشید را تشکیل میدهد. حدود ۹۸.۵ درصد جرم خورشید از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است و تنها ۱.۵ درصد باقیمانده را عناصر سنگینتری مانند آهن، مس و نقره تشکیل میدهند. با وجود این سهم اندک، همین عناصر اطلاعات ارزشمندی درباره تاریخ کیهان و فرایند شکلگیری ستارگان در اختیار اخترشناسان قرار میدهند.
دانشمندان معتقد هستند نقره در جریان انفجارهای عظیم ستارگان در حال مرگ، موسوم به ابرنواخترها تولید میشود. بررسی مقدار این عنصر در ستارگان مختلف به پژوهشگران کمک میکند مسیر شکلگیری عناصر سنگین و نحوه توزیع آنها در کهکشان راه شیری را بازسازی کنند.
سما چالیشکان، پژوهشگر دانشگاه لیژ بلژیک و نویسنده اصلی این تحقیق اعلام کرد که هدف این پژوهش درک بهتر محل شکلگیری نقره در جهان و بررسی چگونگی پراکندگی آن در طول تاریخ کهکشان راه شیری است.
بیشتر بخوانید: آیا زمین از مرگ خورشید جان سالم به در میبرد؟
علت ناپدید شدن نقره خورشید چه بود؟
یکی از دلایل اهمیت این موضوع، وجود نقره در شهابسنگهای بسیار کهنی به نام کندریتهای CI است. این شهابسنگها حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش از همان ابر گاز و غباری شکل گرفتند که خورشید نیز از آن به وجود آمد. به همین دلیل انتظار میرود مقدار نقره موجود در این شهابسنگها با ترکیب خورشید تقریباً یکسان باشد.
اما اندازهگیریهای طیفی چنین نتیجهای را نشان نمیداد. اخترشناسان برای تعیین ترکیب خورشید، نور آن را بررسی میکنند. هنگامی که نور از درون خورشید به سمت بیرون حرکت میکند، اتمهای موجود در لایههای بیرونی، بخشی از این نور را در طول موجهای مشخص جذب میکنند. این جذب به صورت خطوط تیره در طیف نور خورشید دیده میشود و هر عنصر الگوی ویژهای از خود بر جای میگذارد.
پژوهشگران با تحلیل این خطوط طیفی میتوانند نوع و مقدار عناصر موجود در خورشید را محاسبه کنند. با وجود این، همین روش سالها نشان میداد مقدار نقره خورشید کمتر از مقداری است که شهابسنگهای باستانی نشان میدهند و همین اختلاف به یکی از معماهای شناختهشده اخترشناسی تبدیل شده بود.
چالیشکان و همکاران او احتمال دادند مشکل از خود خورشید نباشد، بلکه روش مدلسازی رفتار اتمهای نقره نیاز به بازنگری داشته باشد. آنها برای بررسی این فرضیه، رفتار اتمهای نقره را با استفاده از شبیهسازیهای بسیار پیشرفته رایانهای بازسازی کردند.
مدلهای قدیمی معمولاً بسیاری از فرایندهای پیچیده فیزیکی را نادیده میگرفتند. هنگامی که نور با یک اتم برخورد میکند، تغییرات بسیار پیچیدهای در ساختار الکترونی آن رخ میدهد. این تغییرات میتوانند نحوه جذب نور را تغییر دهند و در نتیجه مقدار واقعی عنصر را کمتر یا بیشتر از مقدار واقعی نشان دهند.
این فرایندها که با عنوان «اثرات خارج از تعادل» شناخته میشوند، شبیهسازی بسیار دشواری دارند. رفتار آنها برای هر عنصر متفاوت است و به توان پردازشی بسیار بالایی نیاز دارد. به همین دلیل تاکنون هیچ گروه پژوهشی، شبیهسازی کامل اتم نقره را با در نظر گرفتن این اثرها انجام نداده بود.
بیشتر بخوانید: ثبت طولانیترین فوران رادیویی خورشید
شبیهسازی جدید چگونه این معما را حل کرد؟
پژوهشگران برای انجام این محاسبات از ابررایانه Tetralith در شهر لینشوپینگ سوئد استفاده کردند. این سامانه توانست رفتار اتمهای نقره را با جزئیاتی بسیار بیشتر از مدلهای گذشته بازسازی کند و تأثیر فرایندهای پیچیده فیزیکی را در جذب نور محاسبه نماید.
نتایج شبیهسازیها نشان داد اندازهگیریهای پیشین مقدار واقعی نقره خورشید را کمتر از واقعیت برآورد کرده بودند. بر اساس مدل جدید، خورشید حدود ۵۵ درصد نقره بیشتری نسبت به مقدار اندازهگیریشده در مطالعات قبلی در خود دارد.
اگرچه این مقدار هنوز کاملاً با ترکیب کندریتهای CI برابر نیست، اما اختلاف میان آنها اکنون آنقدر اندک است که دیگر نیازی به فرضیههای غیرمعمول برای توضیح آن وجود ندارد. پژوهشگران بیان کردند که نقره گمشده احتمالا تمام این سالها در خورشید حضور داشته است، اما ویژگیهای پیچیده فیزیکی اتمهای نقره باعث شده بود ابزارهای طیفسنجی نتوانند مقدار واقعی آن را ثبت کنند.
این یافته تنها به خورشید محدود نمیشود. روش جدید میتواند دقت اندازهگیری عناصر سنگین در دیگر ستارگان را نیز افزایش دهد و درک دانشمندان از منشأ عناصر شیمیایی و تاریخ تکامل کهکشان راه شیری را بهبود بخشد.
پژوهشگران در مرحله بعدی قصد دارند همین مدل را برای شبیهسازی انواع دیگر ستارگان به کار گیرند تا مشخص شود آیا عناصر سنگین دیگری نیز به دلیل محدودیتهای مدلهای قدیمی، کمتر از مقدار واقعی برآورد شدهاند یا خیر. اگر چنین باشد، بخشی از درک فعلی اخترشناسان درباره نحوه شکلگیری عناصر در جهان ممکن است نیازمند بازنگری باشد.
