میزان کربن و نیتروژن خورشید؛ بسیار فراتر از آنچه تاکنون تصور می‌شد

به گزارش خبرگزاری صدا وسیما و به نقل از پایگاه خبری تازه‌های علمی (Science News)، فهم اینکه خورشید از چه عناصری ساخته شده برای درک ساختار همه جهان ضروری است. بعد از دو دهه مطالعه، دانشمندان به فهم اینکه خورشید و در نتیجه کل جهان دقیقاً از چه عناصری ساخته شده است، نزدیک‌تر شده‌اند.

خورشید، بیشتر ترکیبی از هیدروژن و هلیوم است. عناصر سنگین‌تری مانند اکسیژن و کربن هم در آن وجود دارد، اما میزان آن‌ها محل اختلاف است. مشاهدات جدید در خصوص ذرات زیراتمی که به نوترینو (neutrino) معروف هستند، نشان می‌دهد که خورشید ذخیره فراوانی از فلزات دارد. منظور ستاره‌شناسان از فلزات همه عناصری است که سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم هستند.

عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم برای ایجاد سیاره‌های سنگی‌آهنی (rock-iron planets) مانند زمین بسیار مهم هستند. فراوان‌ترین عنصر در جهان اکسیژن است و پس از آن کربن، نئون و نیتروژن قرار دارند.

ستاره‌شناسان دقیقاً نمی‌دانند که این عناصر تا چه میزانی با هیدروژن، یعنی معمول‌ترین عنصر در کیهان، مربوط هستند؛ زیرا آن‌ها معمولاً خورشید را معیار اندازه‌گیری فراوانی عناصر در سایر ستاره‌ها و کهکشان‌ها می‌دانند و برای اندازه‌گیری ترکیبات شیمیایی خورشید دو روش بسیار متفاوت را بیان می‌کنند.

یکی از این روش‌ها از ارتعاشات داخل خورشید برای توضیح ساختار درونی آن بهره می‌برد و نتیجه می‌گیرد که خورشید آهن زیادی دارد. روش دوم ساختار خورشید را بر اساس ترکیب آن توضیح می‌دهد؛ اینکه چگونه اتم‌های سطح خورشید برخی طول موج‌های نور را جذب می‌کنند. دو دهه پیش، استفاده از روش دوم، مقدار اکسیژن، کربن، نئون و نیتروژن را ۲۶ تا ۴۲ درصد کمتر از یافته‌های قبلی می‌دانست و این باعث اختلاف نظر فعلی شده است.

روش دیگری که ممکن است به این بحث دیرینه پایان دهد، استفاده از نوترینو‌های خورشیدی است.

نوترینو‌ها ذراتی هستند که از برهم‌کنش‌های هسته‌ای در هسته خورشید ایجاد می‌شوند که هیدروژن را به هلیوم تبدیل می‌کند. حدود یک درصد انرژی خورشید از برهم‌کنش‌هایی تولید می‌شود که شامل کربن، نیتروژن و اکسیژن هستند و هیدروژن را به هلیوم تبدیل می‌کند، اما در فرایند مصرف نمی‌شوند؛ بنابراین هرقدر که خورشید کربن و نیتروژن و اکسیژن بیشتری داشته باشد، چرخه سی‌اِن‌اُ (یکی از دو واکنش هسته‌ای که ستارگان با آن هیدروژن را به هلیم تبدیل می‌کنند) باید نوترینو‌های بیشتری را خارج کند.

در سال ۲۰۲۰، دانشمندان اعلام کردند که بُرِکسینو (Borexino، یک آزمایش فیزیک هسته‌ای برای مطالعه نوترینو‌های خورشیدی کم‌انرژی) نوترینو‌های سی‌اِن‌اُ را کشف کرده است. به گزارش دانشمندان، تعداد نوترینو‌ها به حدی بوده است که نتیجه بگیرند اتم‌های کربن و نیتروژن با هم حدود ۰.۰۶ درصد اندازه اتم‌های هیدروژن در خورشید هستند و این اولین کاربرد نوترینو‌ها برای توضیح ساختار خورشید است.

برای نتیجه‌گیری نهایی، به بررسی‌های بیشتری درخصوص نوترینو‌ها نیاز داریم. آزمایش برکسینو در سال ۲۰۲۱ پایان یافت، اما آزمایشات آینده جای خالی آن را پر خواهند کرد.

دانشمندان درباره اینکه جهان از چه ساخته شده است مطالعه و بحث می‌کنند و خورشید معیار همه مطالعات آن‌ها است.

اگر خورشید کربن و نیتروژن و اکسیژن بیشتری نسبت به آنچه اکنون می‌پنداریم داشته باشد، همه جهان نیز همین‌طور خواهد بود و این همه درک ما از ساختار عناصر شیمیایی تشکیل‌دهنده جهان و همچنین چگونگی تکامل، زندگی و مرگ ستارگان را تغییر خواهد داد. این برای ما یادآور این مسئله است که حتی در ستاره‌ای که بیشترین مطالعه را بر روی آن انجام داده‌ایم، یعنی خورشید، هنوز راز‌هایی نهفته است.