ورق B 2 FH

كانت ورقة B2FH ^{[ 1 ]} ورقة علمية بارزة في مجال أصل العناصر الكيميائية. عنوان الورقة هو " تخليق العناصر في النجوم "، ولكنها عُرفت اختصارًا بـ B2FH ^نسبةً إلى الأحرف الأولى من ^أسماء مؤلفيها: مارغريت بوربيدج ، وجيفري بوربيدج ، وويليام أ. فاولر ، وفريد ​​هويل . كُتبت الورقة بين عامي 1955 و1956 في جامعة كامبريدج ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ( كالتك) ، ونُشرت في مجلة "Reviews of Modern Physics" عام 1957.

استعرضت ورقة بحثية بعنوان "B ^{2 FH" نظرية} التخليق النووي النجمي، ودعمتها ببيانات فلكية ومخبرية. وحددت عمليات التخليق النووي المسؤولة عن إنتاج العناصر الأثقل من الحديد، وشرحت وفرتها النسبية . وقد حظيت هذه الورقة البحثية بتأثير كبير في كل من علم الفلك والفيزياء النووية .

قبل نشر ورقة ^B2FH ، دافع جورج غاموف عن نظرية للكون مفادها أن جميع العناصر الكيميائية تقريبًا ، أو ما يعادلها من نوى ذرية ، قد تم تخليقها خلال الانفجار العظيم . وتفترض نظرية غاموف (التي تختلف عن نظرية التخليق النووي للانفجار العظيم الحالية ) أن وفرة العناصر الكيميائية ستظل ثابتة إلى حد كبير مع مرور الوقت. وكان آرثر إدينغتون قد تكهن في عام 1920 بأن تحويل الهيدروجين إلى هيليوم عن طريق الاندماج النووي يمكن أن يوفر الطاقة اللازمة لتشغيل النجوم. ^{[ 2 ] [ 3 ]} وفي عام 1938، أوضح هانز بيث وتشارلز إل. كريتشيفيلد آلية اندماج الهيليوم النجمي من خلال اشتقاق سلسلة بروتون-بروتون (pp-chain). ^{[ 4 ]} وفي عامي 1938 و1939، اشتق كارل فون فايتسكر ^{[ 5 ]} وهانز بيث ^{[ 6 ]} بشكل مستقل دورة CNO . وهكذا، كان معروفًا لدى غاموف وآخرين أن وفرة الهيدروجين والهيليوم لم تكن ثابتة تمامًا. ووفقًا لرأيهم، فإن الاندماج النووي في النجوم ينتج كميات ضئيلة من الهيليوم، مما يزيد بشكل طفيف فقط عن وفرته منذ الانفجار العظيم. ولم تتطلب هذه الطاقة النووية النجمية تخليقًا نوويًا نجميًا كبيرًا . أما العناصر بدءًا من الكربون فصاعدًا، فقد ظلت لغزًا.

قدّم فريد هويل فرضيةً لأصل العناصر الثقيلة. ففي ورقة بحثية نُشرت عام ١٩٤٦، وتوسّعت في طرحها عام ١٩٥٤، ^{[ ٧ ]} اقترح هويل أن جميع النوى الذرية الأثقل من الليثيوم تُصنّع في النجوم . واتفقت النظريتان على أن بعض النوى الخفيفة (الهيدروجين والهيليوم وكمية ضئيلة من الليثيوم) لم تُنتَج في النجوم، وهو ما أصبح النظرية المقبولة حاليًا لتخليق الهيدروجين والهيليوم والليثيوم في الانفجار العظيم .

كانت ورقة B ² FH ظاهريًا مقالة استعراضية تلخص التطورات الحديثة في نظرية التخليق النووي النجمي . ^{[ 8 ]} إلا أنها تجاوزت مجرد استعراض أعمال هويل، إذ تضمنت قياسات رصدية لوفرة العناصر نشرها بوربيدج، وتجارب فاولر المخبرية على التفاعلات النووية. وكانت النتيجة توليفًا بين النظرية والرصد، مما وفر دليلًا مقنعًا لفرضية هويل.

تنبأت النظرية بأن وفرة العناصر ستتطور عبر الزمن الكوني، وهي فكرة قابلة للاختبار بواسطة التحليل الطيفي الفلكي . لكل عنصر مجموعة مميزة من الخطوط الطيفية ، لذا يمكن استخدام التحليل الطيفي النجمي لاستنتاج التركيب الجوي للنجوم الفردية. تشير الملاحظات إلى وجود ارتباط سلبي قوي بين المحتوى الأولي للنجم من العناصر الثقيلة (المعروف باسم المعدنية ) وعمره. تميل النجوم التي تشكلت حديثًا إلى امتلاك معدنية أعلى.

كان الكون المبكر يتألف فقط من العناصر الخفيفة التي تشكلت خلال عملية التخليق النووي في الانفجار العظيم . ويشير التركيب النجمي ومخطط هرتزبرونغ-راسل إلى أن عمر النجم يعتمد بشكل كبير على كتلته الأولية، حيث تتميز النجوم الأضخم بعمر قصير جدًا، بينما تتميز النجوم الأقل ضخامة بعمر أطول. وقد أوضحت ورقة بحثية بعنوان "B2FH" ^أنه عندما يموت نجم، فإنه يُثري الوسط بين النجوم بـ"العناصر الثقيلة" (في هذه الحالة جميع العناصر الأثقل من الليثيوم)، والتي تتشكل منها نجوم جديدة.

تناولت ورقة B ² FH جوانب رئيسية من الفيزياء النووية والفيزياء الفلكية المتعلقة بكيفية إنتاج النجوم لهذه العناصر الثقيلة. ومن خلال التدقيق في جدول النوى ، حدد الباحثون بيئات نجمية مختلفة يمكن أن تُنتج أنماط الوفرة النظائرية المرصودة ، والعمليات النووية المسؤولة عنها. ويستند الباحثون إلى عمليات الفيزياء النووية، المعروفة الآن باسم عملية p ، وعملية r ، وعملية s ، لتفسير وجود العناصر الأثقل من الحديد . وتقل وفرة هذه العناصر الثقيلة ونظائرها بنحو 100,000 مرة عن وفرة العناصر الرئيسية، مما يدعم فرضية هويل لعام 1954 حول الاندماج النووي داخل الأغلفة المشتعلة للنجوم الضخمة. ^{[ 7 ]}

^{قدّم بحث B2FH} عرضًا شاملاً وحللًا دقيقًا لعملية التخليق النووي للعناصر الأثقل من الحديد عن طريق التقاط النيوترونات الحرة داخل النجوم. إلا أنه لم يُسهم كثيرًا في فهم تخليق العناصر الوفيرة جدًا من السيليكون إلى النيكل. لم يتضمن البحث عملية احتراق الكربون ، وعملية احتراق الأكسجين ، وعملية احتراق السيليكون ، والتي يُسهم كل منها في تخليق العناصر من المغنيسيوم إلى النيكل. وكان هويل قد أشار بالفعل إلى أن التخليق النووي في المستعرات العظمى قد يكون مسؤولاً عن هذه العمليات في بحثه المنشور عام 1954. ^{[ 7 ]} وقد عزا دونالد د. كلايتون انخفاض عدد الاستشهادات ببحث هويل لعام 1954 مقارنةً ببحث B2FH ^إلى مجموعة من العوامل: صعوبة استيعاب بحث هويل لعام 1954 حتى بالنسبة لزملائه في تأليف بحث ^B2FH ، وبين علماء الفلك عمومًا؛ إلى أن هويل وصف معادلته الرئيسية بالكلمات فقط ^{[ 9 ]} بدلاً من كتابتها بشكل بارز في بحثه؛ وإلى مراجعة هويل غير المكتملة لمسودة B ² FH. ^{[ 10 ]}

استغلّ الفيزيائي النووي ويليام ألفريد فاولر، من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك)، إجازته التفرغية لزيارة هويل في كامبريدج بين عامي 1954 و1955. ودعا فاولر وزوجته مارغريت وجيفري بوربيدج للانضمام إليهما في كامبريدج، إذ كان الزوجان قد نشرا مؤخرًا بحثًا موسعًا حول وفرة العناصر النجمية اللازمة لاختبار فرضية هويل. تعاون الرباعي في عدة مشاريع خلال فترة وجودهم في كامبريدج؛ وبدأ فاولر وهويل العمل على مراجعة ستُعرف لاحقًا باسم B2FH ^. عاد فاولر إلى كالتك والعمل لم يكتمل بعد، وشجع عائلة بوربيدج على الانضمام إليه في كاليفورنيا. وفي عام 1956، خصص فاولر لكليهما وظيفتين مؤقتتين في كالتك لهذا الغرض. أنجز الزوجان المسودة الأولى الكاملة في كالتك عام 1956، بعد إضافة ملاحظات فلكية وبيانات تجريبية موسعة لدعم النظرية. أنجزت مارغريت بوربيدج، المؤلفة الأولى للورقة البحثية ، معظم العمل أثناء حملها. ^{[ 11 ]} يبلغ طول الورقة البحثية النهائية 104 صفحات ، وتتضمن 34 رسمًا بيانيًا ، و4 لوحات فوتوغرافية ، و22 جدولًا ؛ وعلى الرغم من هذا الطول، إلا أنها لا تحتوي على ملخص . ^{[ 1 ]}

افترض البعض أن فاولر كان قائد المجموعة لأن كتابة البحث وتقديمه للنشر تم في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) عام ١٩٥٦، لكن جيفري بوربيدج أوضح أن هذا اعتقاد خاطئ. فمع أن فاولر كان فيزيائيًا نوويًا بارعًا، إلا أنه كان لا يزال يتعلم نظرية هويل عام ١٩٥٥، وصرح لاحقًا بأن هويل كان القائد الفكري. ^{[ ١٢ ]} كما تعلم آل بوربيدج نظرية هويل خلال الفترة ١٩٥٤-١٩٥٥ في كامبريدج. وكتب جيفري بوربيدج عام ٢٠٠٨: "لم يكن هناك قائد في المجموعة، فقد قدمنا ​​جميعًا إسهامات جوهرية". ^{[ ١٣ ]}

لفتت B ² FH الانتباه العلمي إلى مجال الفيزياء الفلكية النووية . ومن خلال مراجعة نظرية التخليق النووي النجمي ودعمها بالأدلة الرصدية، رسخت B ² FH النظرية بقوة بين علماء الفلك.

حصل فاولر على نصف جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1983 ، ربما لمساهمته في نظرية B ² FH. وذكرت لجنة نوبل: "بالتعاون مع عدد من زملائه، طور فاولر، خلال خمسينيات القرن العشرين، نظرية كاملة لتكوين العناصر الكيميائية في الكون." ^{[ 14 ]} وشملت مساهمات فاولر في نظرية B 2 ^FH الفيزياء النووية لعملية s وعملية r .

يرى البعض أن فريد هويل كان يستحق تقديرًا مماثلًا لأعماله النظرية في هذا الموضوع، ويزعمون أن آراءه غير التقليدية بشأن الانفجار العظيم حالت دون حصوله على جزء من جائزة نوبل. فعلى سبيل المثال، جادل جيفري بوربيدج في عام 2008 بأن "هويل كان يستحق جائزة نوبل عن هذا العمل وغيره". كما تكهن بأن سبب عدم حصول هويل على الجائزة هو "الاعتقاد بأن فاولر كان قائد المجموعة". ^{[ 13 ]} وأصر بوربيدج على أن هذا التصور خاطئ، مشيرًا إلى أوراق هويل التأسيسية السابقة من عامي 1946 ^{[ 15 ]} و1954. ^{[ 7 ]}

كتب فاولر، في محاضرته الخاصة بجائزة نوبل، عن هويل: "كان فريد هويل ثاني أعظم مؤثر في حياتي. لقد وضع هويل المفهوم العظيم للتخليق النووي في النجوم بشكل قاطع لأول مرة في عام 1946." ^{[ 16 ]}

وقد تكهن ميتون، كاتب سيرة هويل، بأن لجنة نوبل استبعدت هويل لأنه كان قد تحدث سابقاً ضد ظلم تجاهل لجنة نوبل لجوسلين بيل بورنيل في جائزة عام 1974. ^{[ 17 ]}

في عام 2007، عُقد مؤتمر في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا، كاليفورنيا، للاحتفال بالذكرى الخمسين لنشر كتاب B ² FH، ^{[ 18 ]} حيث قدم جيفري بوربيدج ملاحظات حول كتابة B ² FH.

• ورقة ألفير-بيتي-جاموف

• بوربيدج، إي. مارغريت؛ بوربيدج، جي آر؛ فاولر، ويليام أ.؛ هويل، إف. (1957). "تخليق العناصر في النجوم" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 29 (4): 547-650 . Bibcode : 1957RvMP...29..547B . doi : 10.1103/RevModPhys.29.547 .