التخليق النووي النجمي

رسم بياني بمقياس لوغاريتمي للطاقة النسبية الناتجة ( ε ) لعمليات الاندماج التالية عند درجات حرارة مختلفة ( T ):
  توليد الطاقة المشترك من PP و CNO داخل نجم
  درجة حرارة لب الشمس (حوالي1.57 × 10⁷ كلفن  ، معلoز10تي=7.20{\displaystyle log_{10}T=7.20}) ، حيث يكون PP أكثر كفاءة.

في الفيزياء الفلكية ، يُعرف التخليق النووي النجمي بأنه عملية تكوين العناصر الكيميائية من خلال تفاعلات الاندماج النووي داخل النجوم . وقد بدأ هذا التخليق منذ التكوين الأصلي للهيدروجين والهيليوم والليثيوم خلال الانفجار العظيم . وباعتبارها نظرية تنبؤية ، فإنها تُقدم تقديرات دقيقة للوفرة المرصودة للعناصر. كما تُفسر سبب تغير الوفرة المرصودة للعناصر بمرور الوقت، وسبب كون بعض العناصر ونظائرها أكثر وفرة من غيرها. تم اقتراح النظرية في البداية من قبل فريد هويل في عام 1946، [ 1 ] والذي قام لاحقًا بتنقيحها في عام 1954. [ 2 ] تم إحراز مزيد من التقدم، وخاصة في التخليق النووي عن طريق التقاط النيوترونات للعناصر الأثقل من الحديد ، من قبل مارغريت وجيفري بوربيدج ، وويليام ألفريد فاولر وفريد ​​هويل في ورقتهم الشهيرة [ 3 ] لعام 1957 B 2 FH ، [ 4 ] والتي أصبحت واحدة من أكثر الأوراق التي تم الاستشهاد بها في تاريخ الفيزياء الفلكية.

تتطور النجوم نتيجة لتغيرات في تركيبها (وفرة عناصرها المكونة) على مدار حياتها، بدءًا بحرق الهيدروجين ( نجم التسلسل الرئيسي )، ثم الهيليوم ( نجم الفرع الأفقي )، ثم حرق العناصر الأعلى تدريجيًا . مع ذلك، لا يُغير هذا بحد ذاته وفرة العناصر في الكون بشكل ملحوظ، لأن العناصر موجودة داخل النجم. في مراحل لاحقة من حياته، يقذف النجم ذو الكتلة المنخفضة غلافه الجوي ببطء عبر الرياح النجمية ، مُشكلاً سديمًا كوكبيًا ، بينما يقذف النجم ذو الكتلة العالية كتلته عبر حدث كارثي مفاجئ يُسمى المستعر الأعظم . يُستخدم مصطلح " تخليق العناصر في المستعر الأعظم" لوصف تكوين العناصر أثناء انفجار نجم ضخم أو قزم أبيض .

تُحفَّز سلسلة احتراق الوقود المتقدمة بفعل الانهيار الجذبي وما يصاحبه من تسخين، مما يؤدي إلى احتراق الكربون والأكسجين والسيليكون . مع ذلك، فإن معظم عملية التخليق النووي في نطاق الكتلة A = 28–56 (من السيليكون إلى النيكل ) ناتجة في الواقع عن انهيار الطبقات العليا للنجم على نواته ، مما يُولِّد موجة صدمية انضغاطية ترتد للخارج. ترفع جبهة الصدمة درجات الحرارة لفترة وجيزة بنحو 50%، مما يُسبب احتراقًا شديدًا لمدة ثانية تقريبًا. هذا الاحتراق الأخير في النجوم الضخمة، والذي يُسمى التخليق النووي الانفجاري أو التخليق النووي للمستعر الأعظم ، هو المرحلة الأخيرة من التخليق النووي النجمي.

كان اكتشاف التغيرات المنتظمة في وفرة العناصر الموجودة في الكون، وفقًا لقاعدة أودو-هاركينز ، في أوائل القرن العشرين، حافزًا لتطوير نظرية التخليق النووي . وقد استُلهمت الحاجة إلى وصف فيزيائي من الوفرة النسبية للعناصر الكيميائية في النظام الشمسي . فعند تمثيل هذه الوفرة بيانيًا كدالة للعدد الذري للعنصر، تتخذ شكلًا متعرجًا يشبه سن المنشار، ويتغير بعوامل تصل إلى عشرات الملايين (انظر تاريخ نظرية التخليق النووي ). [ 5 ] وقد أشار هذا إلى وجود عملية طبيعية غير عشوائية. ثم جاء حافز ثانٍ لفهم عمليات التخليق النووي النجمي في وقت لاحق من القرن نفسه، عندما أدرك آرثر إيدنغتون ، ثم توسع جورج غاموف ، ثم هانز بيث، في هذا الأمر، أن الطاقة المنبعثة من تفاعلات الاندماج النووي هي المسؤولة عن استمرار الشمس كمصدر للحرارة والضوء.

تاريخ

في عام 1920، اقترح آرثر إدينجتون أن النجوم تحصل على طاقتها من الاندماج النووي للهيدروجين لتكوين الهيليوم ، كما أثار احتمال أن العناصر الأثقل يتم إنتاجها في النجوم.

في عام 1920، اقترح آرثر إدينغتون ، استنادًا إلى القياسات الدقيقة للكتل الذرية التي أجراها إف دبليو أستون واقتراح أولي من جان بيرين ، أن النجوم تستمد طاقتها من الاندماج النووي للهيدروجين لتكوين الهيليوم ، وطرح احتمال إنتاج العناصر الأثقل في النجوم. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] كانت هذه خطوة تمهيدية نحو فكرة التخليق النووي النجمي. وفي عام 1928، اشتق جورج غاموف ما يُعرف الآن بعامل غاموف ، وهو صيغة ميكانيكية كمية تُعطي احتمالية تغلب نواتين متجاورتين على حاجز كولوم الكهروستاتيكي بينهما، واقترابهما من بعضهما البعض بدرجة كافية لحدوث تفاعل نووي نتيجة للقوة النووية القوية التي لا تكون فعالة إلا على مسافات قصيرة جدًا. [ 9 ] : 410 في العقد التالي، تم استخدام عامل جاموف من قبل روبرت ديسكورت أتكينسون وفريتز هوترمانز ، ولاحقًا من قبل إدوارد تيلر وجاموف نفسه، لاستنتاج المعدل الذي ستحدث به التفاعلات النووية عند درجات الحرارة العالية التي يُعتقد أنها موجودة في باطن النجوم.

في ورقة بحثية نُشرت عام 1939 بعنوان "إنتاج الطاقة في النجوم"، حلل هانز بيته الاحتمالات المختلفة للتفاعلات التي يتم من خلالها دمج الهيدروجين لتكوين الهيليوم. [ 10 ] حدد بيته عمليتين اعتقد أنهما مصدران للطاقة في النجوم. الأولى، وهي تفاعل سلسلة البروتون-بروتون ، تُعد المصدر الرئيسي للطاقة في النجوم التي تصل كتلتها إلى كتلة الشمس تقريبًا. أما العملية الثانية، وهي دورة الكربون-النيتروجين-الأكسجين ، والتي تناولها كارل فريدريش فون فايتسكر أيضًا عام 1938، فهي أكثر أهمية في نجوم التسلسل الرئيسي ذات الكتلة الأكبر. [ 11 ] : 167 تناولت هذه الأعمال توليد الطاقة القادرة على إبقاء النجوم ساخنة. مع ذلك، لم تتناول ورقتا بيته البحثيتان تكوين النوى الأثقل. بدأ فريد هويل هذه النظرية عام 1946 بحجته القائلة بأن مجموعة من النوى شديدة السخونة ستتجمع ديناميكيًا حراريًا لتكوين الحديد . [ 1 ] وفي عام 1954، نشر هويل بحثًا يصف فيه كيف يمكن لمراحل الاندماج المتقدمة داخل النجوم الضخمة أن تُركّب العناصر من الكربون إلى الحديد بكميات كبيرة. [ 2 ] [ 12 ]

تم توسيع نطاق نظرية هويل لتشمل عمليات أخرى، بدءًا من نشر ورقة المراجعة عام 1957 بعنوان "تخليق العناصر في النجوم" لمارغريت بوربيدج ، وجيفري بوربيدج ، وويليام ألفريد فاولر، وفريد ​​هويل ، والمعروفة باسم ورقة B2FH . [ 4 ] جمعت هذه الورقة معلومات من مختلف مجالات الفيزياء النووية ، وتطور النجوم ، ووفرة العناصر ، لتأسيس نظرية التخليق النووي النجمي. [ 13 ] [ 14 ] في عام 1957، أظهر أليستير جي دبليو كاميرون ، بشكل مستقل [ 15 أن قاعدة أودو-هاركينز للوفرة الزوجية-الفردية ستنتج عن العمليات الموضحة في ورقة B2FH . قام كلايتون بحساب النماذج الأولى المعتمدة على الزمن لعملية s في عام 1961 [ 16 ] وعملية r في عام 1965 [ 17 ] بالإضافة إلى احتراق السيليكون في نوى جسيمات ألفا الوفيرة وعناصر مجموعة الحديد في عام 1968 [ 18 ] [ 19 ] واكتشف التسلسلات الزمنية الإشعاعية [ 20 ] لتحديد عمر العناصر.

مقطع عرضي لنجم عملاق فائق يوضح عملية التخليق النووي والعناصر المتكونة.

ردود الفعل الرئيسية

نسخة من الجدول الدوري توضح أصول العناصر، بما في ذلك التخليق النووي النجمي. جميع العناصر التي تزيد كتلتها عن 103 محذوفة من هذا الجدول، وهي تُنتج فقط عن طريق التخليق البشري.

أهم التفاعلات في عملية التخليق النووي النجمي:

اندماج الهيدروجين

تفاعل متسلسل بين البروتونات
دورة CNO-I يتم إطلاق نواة الهيليوم في الخطوة العلوية اليسرى.

يُعدّ اندماج الهيدروجين (الاندماج النووي لأربعة بروتونات لتكوين نواة هيليوم-4 [ 21 ] ) العمليةَ السائدة لتوليد الطاقة في لبّ نجوم التسلسل الرئيسي . ويُطلق عليه أيضًا اسم "احتراق الهيدروجين"، ويجب عدم الخلط بينه وبين الاحتراق الكيميائي للهيدروجين في جو مؤكسد . هناك عمليتان رئيسيتان يحدث من خلالهما اندماج الهيدروجين النجمي: سلسلة بروتون-بروتون ودورة الكربون-النيتروجين-الأكسجين (CNO). تسعون بالمئة من جميع النجوم، باستثناء الأقزام البيضاء ، تُدمج الهيدروجين من خلال هاتين العمليتين. [ 22 ] : 245

في لبّ النجوم الرئيسية ذات الكتلة المنخفضة، كالشمس ، تُعدّ عملية تفاعل البروتون-بروتون المتسلسلة العمليةَ السائدة لإنتاج الطاقة . تُنتج هذه العملية نواة هيليوم-4 من خلال سلسلة من التفاعلات تبدأ باندماج بروتونين لتكوين نواة ديوتيريوم (بروتون واحد ونيوترون واحد) بالإضافة إلى بوزيترون ونيوترينو مُقذوفين. [ 23 ] في كل دورة اندماج كاملة، يُطلق تفاعل البروتون-بروتون المتسلسلة حوالي 26.2  ميغا إلكترون فولت. [ 23 ] يعتمد تفاعل البروتون-بروتون المتسلسلة تقريبًا على درجة الحرارة (T⁴ ) ، مما يعني أن دورة التفاعل حساسة للغاية لدرجة الحرارة؛ فارتفاع درجة الحرارة بنسبة 10% يزيد إنتاج الطاقة بهذه الطريقة بنسبة 46%، وبالتالي، يمكن أن تحدث عملية اندماج الهيدروجين هذه في ثلث قطر النجم وتشغل نصف كتلته. بالنسبة للنجوم التي تزيد كتلتها عن 35% من كتلة الشمس، [ 24 ] يكون تدفق الطاقة نحو السطح منخفضًا بدرجة كافية، ويبقى انتقال الطاقة من منطقة النواة عن طريق انتقال الحرارة الإشعاعي ، وليس عن طريق انتقال الحرارة بالحمل . [ 25 ] ونتيجة لذلك، يكون اختلاط الهيدروجين النقي في النواة أو نواتج الاندماج إلى الخارج ضئيلاً.

في النجوم ذات الكتلة العالية، تُعدّ دورة CNO العمليةَ السائدة لإنتاج الطاقة ، وهي دورة تحفيزية تستخدم أنوية الكربون والنيتروجين والأكسجين كوسائط، وتُنتج في النهاية نواة هيليوم كما هو الحال في سلسلة تفاعلات البروتون-بروتون. [ 23 ] خلال دورة CNO كاملة،  تُطلق طاقة مقدارها 25.0 ميغا إلكترون فولت. يُعزى الفرق في إنتاج الطاقة في هذه الدورة، مقارنةً بتفاعل سلسلة البروتون-بروتون، إلى الطاقة المفقودة من خلال انبعاث النيوترينو . [ 23 ] تتأثر دورة CNO بشدة بدرجة الحرارة، حيث تتناسب معدلاتها طرديًا مع القوة 16 إلى 20 لدرجة الحرارة؛ فزيادة درجة الحرارة بنسبة 10% تؤدي إلى زيادة إنتاج الطاقة بنسبة 350%. يحدث حوالي 90% من توليد طاقة دورة CNO ضمن الـ 15% الداخلية من كتلة النجم، ولذلك فهي مُركّزة بشدة في النواة. [ 26 ] ينتج عن ذلك تدفق طاقة خارجي مكثف لدرجة أن انتقال الطاقة بالحمل الحراري يصبح أكثر أهمية من انتقالها بالإشعاع . ونتيجة لذلك، تصبح المنطقة المركزية منطقة حمل حراري ، مما يُحرك منطقة اندماج الهيدروجين ويُبقيها مختلطة جيدًا مع المنطقة المحيطة الغنية بالبروتونات. [ 27 ] يحدث هذا الحمل الحراري في النجوم التي تُساهم فيها دورة CNO بأكثر من 20% من إجمالي الطاقة. ومع تقدم النجم في العمر وارتفاع درجة حرارة نواته، تتقلص المنطقة التي تشغلها منطقة الحمل الحراري ببطء من 20% من الكتلة إلى 8% الداخلية منها. [ 26 ] تُنتج الشمس ما يقارب 1% من طاقتها من دورة CNO. [ 28 ] [ أ ] [ 29 ] : 357 [ 30 ] [ ب ]

يتحدد نوع عملية اندماج الهيدروجين السائدة في النجم من خلال الاختلافات في اعتماد درجة الحرارة بين التفاعلين. يبدأ تفاعل سلسلة البروتون-بروتون عند درجات حرارة تقارب4 × 10⁶ كلفن  ، [ 31 ] مما يجعلها آلية الاندماج السائدة في النجوم الأصغر حجمًا . تتطلب سلسلة CNO ذاتية الاستدامة درجة حرارة أعلى تبلغ حوالي1.6 × 10⁷ كلفن  ، ولكن بعد ذلك تزداد كفاءته بسرعة أكبر مع ارتفاع درجة الحرارة، مقارنةً بتفاعل البروتون-بروتون. [ 32 ] فوق ذلك تقريبًاعند درجة حرارة 1.7 × 10⁷ كلفن  ، تصبح دورة الكربون والأكسجين المصدر الرئيسي للطاقة. وتُحقق هذه الدرجة في لبّ نجوم التسلسل الرئيسي التي تبلغ كتلتها 1.3 ضعف كتلة الشمس على الأقل . [ 33 ] أما درجة حرارة لبّ الشمس نفسها فتبلغ حوالي1.57 × 10⁷ كلفن  . [ 34 ] : 5 مع تقدم عمر نجم التسلسل الرئيسي، ترتفع درجة حرارة النواة، مما يؤدي إلى زيادة مطردة في مساهمة دورة CNO الخاصة به . [ 26 ]

اندماج الهيليوم

تتراكم مادة الهيليوم في أنوية نجوم التسلسل الرئيسي نتيجة اندماج الهيدروجين، لكن النواة لا تسخن بدرجة كافية لبدء اندماج الهيليوم. يبدأ اندماج الهيليوم عندما يغادر النجم فرع العملاق الأحمر بعد تراكم كمية كافية من الهيليوم في نواته لإشعاله. في النجوم التي تقارب كتلة الشمس، يبدأ هذا الاندماج عند طرف فرع العملاق الأحمر بوميض هيليوم من نواة هيليوم متدهورة ، ثم ينتقل النجم إلى الفرع الأفقي حيث يحرق الهيليوم في نواته. أما النجوم الأكثر ضخامة، فتشعل الهيليوم في نواتها دون وميض، وتمر بدورة زرقاء قبل الوصول إلى فرع العملاق المقارب . يتحرك هذا النجم في البداية بعيدًا عن فرع العملاق المقارب باتجاه ألوان أكثر زرقة، ثم يعود مرة أخرى إلى ما يُسمى مسار هاياشي . من النتائج المهمة للدورات الزرقاء أنها تُنتج متغيرات قيفاوية كلاسيكية ، ذات أهمية مركزية في تحديد المسافات في مجرة ​​درب التبانة والمجرات القريبة. [ 35 ] : 250 على الرغم من الاسم، فإن النجوم الواقعة على الحلقة الزرقاء من فرع العملاق الأحمر لا تكون زرقاء اللون عادةً، بل هي عمالقة صفراء، وربما متغيرات قيفاوية. تدمج هذه النجوم الهيليوم حتى يصبح لبها مكونًا في معظمه من الكربون والأكسجين . تصبح النجوم الأضخم عمالقة فائقة عندما تغادر التسلسل الرئيسي، وتبدأ بسرعة في دمج الهيليوم مع تحولها إلى عمالقة حمراء فائقة . بعد استنفاد الهيليوم في لب النجم، يستمر دمج الهيليوم في غلاف يحيط بلبّ الكربون والأكسجين. [ 21 ] [ 25 ]

في جميع الحالات، يندمج الهيليوم مع الكربون عبر عملية ألفا الثلاثية، أي أن ثلاث نوى هيليوم تتحول إلى كربون عبر نظير البريليوم -8 . [ 36 ] : 30 ويمكن لهذا الاندماج أن يُشكّل الأكسجين والنيون وعناصر أثقل عبر عملية ألفا. وبهذه الطريقة، تُنتج عملية ألفا بشكل تفضيلي عناصر ذات عدد زوجي من البروتونات عن طريق التقاط نوى الهيليوم. أما العناصر ذات العدد الفردي من البروتونات فتتشكل عبر مسارات اندماج أخرى. [ 37 ] : 398

معدل التفاعل

يتم إعطاء كثافة معدل التفاعل بين النوعين A و B ، اللذين لهما كثافات عددية n A و B ، على النحو التالي:ر=نأنبكر{\displaystyle r=n_{A}\,n_{B}\,k_{r}}حيث k r هو ثابت معدل التفاعل لكل تفاعل ثنائي أولي منفرد يشكل عملية الاندماج النووي ؛كر=σ(v)v{\displaystyle k_{r}=\langle \sigma (v)\,v\rangle }حيث σ ( v ) هو المقطع العرضي عند السرعة النسبية v ، ويتم إجراء المتوسط ​​على جميع السرعات.

بشكل شبه كلاسيكي، يتناسب المقطع العرضي معπλ2{\textstyle \pi \,\lambda ^{2}}، أينλ=ح/ص{\textstyle \lambda =h/p}يمثل طول موجة دي برولي . وبالتالي، فإن المقطع العرضي، شبه الكلاسيكي، يتناسب معهـم=ج2{\textstyle {\frac {E}{m}}=c^{2}}.

ومع ذلك، بما أن التفاعل يتضمن النفق الكمومي ، فهناك تخامد أسي عند الطاقات المنخفضة يعتمد على عامل غاموف E G ، والذي يُعطى بواسطة معادلة من نوع أرهينيوس :σ(هـ)=S(هـ)هـهـ-هـجيهـ.{\displaystyle \sigma (E)={\frac {S(E)}{E}}e^{-{\sqrt {\frac {E_{\text{G}}}{E}}}}.}هنا يعتمد عامل S الفيزيائي الفلكي S ( E ) على تفاصيل التفاعل النووي، وله بُعد الطاقة مضروبة في المقطع العرضي.

ثم يتم إجراء التكامل على جميع الطاقات للحصول على معدل التفاعل الكلي، باستخدام توزيع ماكسويل-بولتزمان والعلاقة التالية:رV=نأنب0(S(هـ)هـهـ-هـجيهـ2هـπ(كتي)3هـ-هـكتي2هـمR)دهـ{\displaystyle {\frac {r}{V}}=n_{A}n_{B}\int _{0}^{\infty }{\Bigl (}{\frac {S(E)}{E}}\,e^{-{\sqrt {\frac {E_{\text{G}}}{E}}}}\cdot 2{\sqrt {\frac {E}{\pi (kT)^{3}}}}\,e^{-{\frac {E}{kT}}}\,\cdot {\sqrt {\frac {2E}{m_{\text{R}}}}}{\Bigr )}dE}حيث k = 86.17 ميكرو إلكترون فولت/كلفن،مR=مأمبمأ+مب{\displaystyle m_{\text{R}}={\frac {m_{A}m_{B}}{m_{A}+m_{B}}}}الكتلة المختزلة . الدالة التكاملية تساوي

S(هـ)هـ-هـجيهـ22/π(كتي)-3/2هـ-هـكتي/مR.{\displaystyle S(E)\,e^{-{\sqrt {\frac {E_{\text{G}}}{E}}}}\cdot 2{\sqrt {2/\pi }}(kT)^{-3/2}\,e^{-{\frac {E}{kT}}}\,/{\sqrt {m_{\text{R}}}}.}

بما أن هذا التكامل لـ f ( E ، ثابت T ) له تخامد أسي عند الطاقات العالية على النحو التاليهـ-هـكتي{\textstyle \sim e^{-{\frac {E}{kT}}}}وعند الطاقات المنخفضة، يكاد التكامل يختفي في كل مكان باستثناء المنطقة المحيطة بالذروة عند E 0 ، والتي تُسمى ذروة غاموف. [ 38 ] : 185 هناك:-هـ(هـجيهـ+هـكتي)=0{\displaystyle -{\frac {\partial }{\partial E}}\left({\sqrt {\frac {E_{\text{G}}}{E}}}+{\frac {E}{kT}}\right)\,=\,0}

هكذا:

هـ0=(12كتيهـجي)23{\displaystyle E_{0}=\left({\frac {1}{2}}kT{\sqrt {E_{\text{G}}}}\right)^{\frac {2}{3}}}وهـجي=هـ032/12كتي{\displaystyle {\sqrt {E_{\text{G}}}}=E_{0}^{\frac {3}{2}}/{\frac {1}{2}}kT}

ويمكن تقريب الأس حول E 0 على النحو التالي:هـ-(هـكتي+هـجيهـ)هـ-3هـ0كتيهـ(-3(هـ-هـ0)24هـ0كتي)=هـ-3هـ0كتي(1+(هـ-هـ02هـ0)2)=هـ-3هـ0كتي(1+(هـ/هـ0-1)2/4){\displaystyle e^{-({\frac {E}{kT}}+{\sqrt {\frac {E_{\text{G}}}{E}}})}\approx e^{-{\frac {3E_{0}}{kT}}}e^{{\bigl (}-{\frac) $$ {3E_{0}}{kT}}{\bigl (}1+(E/E_{0}-1)^{2}/4{\bigr )}}}

ويتم تقريب معدل التفاعل على النحو التالي: [ 39 ]رVنأنب4(2/3)مRهـ0S(هـ0)كتيهـ-3هـ0كتي{\displaystyle {\frac {r}{V}}\approx n_{A}\,n_{B}\,{\frac {4{\sqrt {(}}2/3)}{\sqrt {m_{\text{R}}}}}\,{\sqrt {E_{0}}}{\frac {S(E_{0})}{kT}}\,e^{-{\frac {3E_{0}}{kT}}}}

تتراوح قيم S ( E₀ ) عادةً بين 10⁻³ و10³ كيلو إلكترون فولت · b ، ولكنها تنخفض بشكل كبير عند حدوث اضمحلال بيتا ، وذلك بسبب العلاقة بين عمر النصف للحالة المرتبطة الوسيطة (مثل ثنائي البروتون ) وعمر النصف لاضمحلال بيتا، كما هو الحال في تفاعل سلسلة البروتون-بروتون . تجدر الإشارة إلى أن درجات حرارة النواة النموذجية في نجوم التسلسل الرئيسي (الشمس) تعطي kT في حدود 1 كيلو إلكترون فولت: [ 40 ]سجل10كتي=-16+سجل102.17{\textstyle \log _{10}kT=-16+\log _{10}2.17}[ 41 ] : الفصل 3

وبالتالي، فإن التفاعل المحدد في دورة CNO ، وهو التقاط البروتون بواسطة 147N ، له طاقة S ( E0 ) ~ S ( 0 ) تساوي 3.5 كيلو إلكترون فولت/بارن، بينما التفاعل المحدد في تفاعل سلسلة البروتون-بروتون ، وهو إنتاج الديوتيريوم من بروتونين، له طاقة S ( E0 ) ~ S ( 0 ) أقل بكثير، تساوي 4 × 10⁻²² كيلو إلكترون فولت/بارن. [ 42 ] [ 43 ] ومن الجدير بالذكر أنه نظرًا لأن التفاعل الأول له عامل غاموف أعلى بكثير، وبسبب الوفرة النسبية للعناصر في النجوم النموذجية، فإن معدلي التفاعلين متساويان عند قيمة درجة حرارة تقع ضمن نطاقات درجة حرارة لب النجوم في التسلسل الرئيسي. [ 44 ]  

مراجع

ملحوظات

  1. في عدد نوفمبر 2020 من مجلة Nature ، يشير عالم فيزياء الجسيمات أندريا بوكار إلى أن "تأكيد احتراق CNO في شمسنا، حيث يعمل بنسبة واحد بالمائة فقط، يعزز ثقتنا في أننا نفهم كيف تعمل النجوم".
  2. "لذا، تمهد هذه النتيجة الطريق نحو قياس مباشر لنسبة المعادن في الشمس باستخدام نيوترينوات CNO. وتُحدد نتائجنا المساهمة النسبية لاندماج CNO في الشمس بنحو 1%." - م. أغوستيني وآخرون.

الاقتباسات

  1. 1 2 هويل، ف. (1946). "تخليق العناصر من الهيدروجين" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 106 (5): 343-383 . Bibcode : 1946MNRAS.106..343H . doi : 10.1093/mnras/106.5.343 .
  2. 1 2 هويل، ف. (1954). "حول التفاعلات النووية التي تحدث في النجوم شديدة الحرارة. الجزء الأول: تخليق العناصر من الكربون إلى النيكل". سلسلة ملاحق المجلة الفيزيائية الفلكية . 1 : 121. Bibcode : 1954ApJS....1..121H . doi : 10.1086/190005 .
  3. والرشتاين، جورج؛ إيبن، إيكو؛ باركر، بيتر؛ بوسجارد، آن ميرشانت؛ هيل، جيرالد م.؛ شامبين، آرثر إي.؛ بارنز، تشارلز أ.؛ كابيلر، فرانز؛ سميث، فيرن ف.؛ هوفمان، روبرت د.؛ تيمز، فرانك إكس.؛ سنيدن، كريس.؛ بويد، ريتشارد ن.؛ ماير، برادلي س.؛ لامبرت، ديفيد ل. (1 أكتوبر 1997). "تخليق العناصر في النجوم: أربعون عامًا من التقدم" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 69 (4): 995-1084 . doi : 10.1103/RevModPhys.69.995 . ISSN 0034-6861 . 
  4. 1 2 بوربيدج، إي إم؛ بوربيدج، جي آر؛ فاولر، دبليو إيه؛ هويل، إف. (1957). "تخليق العناصر في النجوم" (ملف PDF) . مراجعات الفيزياء الحديثة . 29 (4): 547-650 . Bibcode : 1957RvMP...29..547B . doi : 10.1103/RevModPhys.29.547 .
  5. سويس، هـ. إي.؛ يوري، هـ. سي. (1956). "وفرة العناصر". مراجعات الفيزياء الحديثة . 28 (1): 53-74 . Bibcode : 1956RvMP...28...53S . doi : 10.1103/RevModPhys.28.53 .
  6. إدينغتون، أ.س. (1920). "التركيب الداخلي للنجوم" . المرصد . 43 : 341-358 . Bibcode : 1920Obs....43..341E .
  7. إدينغتون، أ.س. (1920). "التركيب الداخلي للنجوم" . مجلة نيتشر . 106 (2653): 14-20 . Bibcode : 1920Natur.106...14E . doi : 10.1038/106014a0 .
  8. سيل، د. (أكتوبر 2012). "لماذا تتألق النجوم" (ملف PDF) . دليل النجوم . جمعية هيوستن الفلكية. الصفحات 6-8 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 3 ديسمبر 2013. 
  9. كرين، ك.س، الفيزياء الحديثة ( هوبوكين، نيوجيرسي : وايلي ، 1983)، ص 410 .
  10. بيث، هـ. أ. (1939). "إنتاج الطاقة في النجوم" . مجلة المراجعة الفيزيائية . 55 (5): 434-456 . رمز Bibcode : 1939PhRv...55..434B . doi : 10.1103/PhysRev.55.434 .
  11. لانغ ، ك. ر. (2013). حياة النجوم وموتها . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 167. ISBN  978-1-107-01638-5..
  12. كلايتون، د.د. (2007). "تاريخ العلوم: معادلة هويل". مجلة ساينس . 318 (5858): 1876-1877 . doi : 10.1126/science.1151167 . PMID 18096793. S2CID 118423007 .  
  13. Wallerstein-40yrخطأ في الاستشهاد: تم استدعاء المرجع المسمى ولكن لم يتم تعريفه مطلقًا (انظر صفحة المساعدة ).
  14. سالبيتر، إدوين إي. (1 مارس 1999). "التخليق النووي النجمي" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 71 (2): S220– S222. doi : 10.1103/RevModPhys.71.S220 . ISSN 0034-6861 . 
  15. كاميرون، أ.ج.و. (1957). تطور النجوم، والفيزياء الفلكية النووية، وتكوين النوى (ملف PDF) (تقرير). هيئة الطاقة الذرية الكندية المحدودة . التقرير CRL-41.
  16. كلايتون، د.د.؛ فاولر، و.أ.؛ هول، ت.إ.؛ زيمرمان، ب.أ. (1961). "سلاسل التقاط النيوترونات في تخليق العناصر الثقيلة". حوليات الفيزياء . 12 (3): 331-408 . Bibcode : 1961AnPhy..12..331C . doi : 10.1016/0003-4916(61)90067-7 .
  17. سيجر، بنسلفانيا؛ فاولر، واشنطن؛ كلايتون، د.د. (1965). "التخليق النووي للعناصر الثقيلة عن طريق التقاط النيوترونات" . سلسلة ملاحق المجلة الفيزيائية الفلكية . 11 : 121-126 . Bibcode : 1965ApJS...11..121S . doi : 10.1086/190111 .
  18. بودانسكي، د.؛ كلايتون، د.د.؛ فاولر، و.أ. (1968). "التخليق النووي أثناء احتراق السيليكون" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 20 (4): 161-164 . Bibcode : 1968PhRvL..20..161B . doi : 10.1103/PhysRevLett.20.161 .
  19. بودانسكي، د.؛ كلايتون، د.د.؛ فاولر، و.أ. (1968). "التوازن النووي شبه المتوازن أثناء احتراق السيليكون" . سلسلة ملاحق المجلة الفيزيائية الفلكية . 16 : 299. Bibcode : 1968ApJS...16..299B . doi : 10.1086/190176 .
  20. كلايتون، د.د. (1964). "التسلسل الزمني الكوني الإشعاعي لتخليق العناصر" . المجلة الفيزيائية الفلكية . 139 : 637. Bibcode : 1964ApJ...139..637C . doi : 10.1086/147791 .
  21. 1 2 جونز، لورين ف. (2009)، النجوم والمجرات ، أدلة غرينوود للكون، ABC-CLIO، الصفحات 65-67 ، ISBN  978-0-313-34075-8
  22. سيدز، ماجستير، أسس علم الفلك ( بلمونت، كاليفورنيا : شركة وادسورث للنشر ، 1986)، ص 245.
  23. 1 2 3 4 بوم-فيتنس، إريكا (1992)، مقدمة في الفيزياء الفلكية النجمية ، المجلد مطبعة جامعة كامبريدج ، الصفحات 93-100 ، ISBN   978-0-521-34871-3
  24. راينرز، أنسغار؛ باسري، جيبور (مارس 2009). "حول الطوبولوجيا المغناطيسية للنجوم الحملية جزئيًا وكليًا". علم الفلك والفيزياء الفلكية . 496 (3): 787-790 . arXiv : 0901.1659 . Bibcode : 2009A & A...496..787R . doi : 10.1051/0004-6361:200811450 . S2CID 15159121 . 
  25. 1 2 دي لور، كاميل دبليو إتش؛ دوم، سي. (1992)، بنية وتطور النجوم المفردة والثنائية ، مكتبة الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء، المجلد 179، سبرينغر، الصفحات 200-214 ، ISBN   978-0-7923-1768-5
  26. 1 2 3 جيفري، سي. سيمون (2010)، "مبادئ وآفاق في علم الكونيات" ، في غوسوامي، أ.؛ ريدي، بي إي (محرران)، وقائع الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء ، المجلد 16، سبرينغر، الصفحات 64-66 ، Bibcode : 2010ASSP...16.....G ، doi : 10.1007/978-3-642-10352-0 ، ISBN   978-3-642-10368-1
  27. ^ كارتونين، هانو؛ أوجا ، هيكي (2007)، علم الفلك الأساسي ( الطبعة الخامسة)، سبرينغر، ص. 247 ، ردمك   978-3-540-34143-7.
  28. "النيوترينوات تُقدّم أول دليل تجريبي على أن الاندماج المحفز هو السائد في العديد من النجوم" . phys.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 نوفمبر 2020 .
  29. Choppin, GR , Liljenzin, J.-O. , Rydberg, J. , & Ekberg, C. , الكيمياء الإشعاعية والكيمياء النووية (كامبريدج، ماساتشوستس: أكاديميك برس ، 2013)، ص 357 .
  30. ^ أغوستيني، م. ألتنمولر، ك.؛ ابيل، س. أتروشينكو، V.؛ بغدساريان، ز.؛ باسيليكو، د.؛ بيليني، ج.؛ بنزيجر، J .؛ بيوندي، ر. برافو، د.؛ كاتسيانيغا، ب. (25 نوفمبر 2020). "دليل تجريبي على النيوترينوات المنتجة في دورة اندماج CNO في الشمس" . طبيعة . 587 (7835): 577-582 . أرخايف : 2006.15115 . بيب كود : 2020Natur.587..577B . دوى : 10.1038/s41586-020-2934-0 . ردمك 1476-4687 . بميد 33239797 . S2CID 227174644 .   
  31. ريد، آي. نيل؛ هاولي، سوزان ل. (2005)، ضوء جديد على النجوم المظلمة: الأقزام الحمراء، والنجوم منخفضة الكتلة، والأقزام البنية ، كتب سبرينغر-براكسيس في الفيزياء الفلكية وعلم الفلك ( الطبعة الثانية)، سبرينغر ، ص 108 ، ISBN   978-3-540-25124-8.
  32. سالاريس، ماوريتسيو؛ كاسيسي، سانتي (2005)، تطور النجوم والتجمعات النجمية ، جون وايلي وأولاده ، الصفحات 119-123 ، رقم ISBN  978-0-470-09220-0
  33. شولر، إس سي؛ كينغ، جيه آر؛ ثي، إل-إس (2009)، "تخليق العناصر النجمية في عنقود الثريا المفتوح"، المجلة الفيزيائية الفلكية ، 701 (1): 837-849 ، arXiv : 0906.4812 ، Bibcode : 2009ApJ...701..837S ، doi : 10.1088/0004-637X/701/1/837 ، S2CID 10626836 
  34. وولف، إي إل، فيزياء وتكنولوجيا الطاقة المستدامة ( أكسفورد ، مطبعة جامعة أكسفورد ، 2018)، ص 5 .
  35. ^ Karttunen، H.، Kröger، P.، Oja، H.، Poutanen، M.، & Donner، KJ، eds.، علم الفلك الأساسي ( Berlin / Heidelberg : Springer ، 1987)، p. 250 .
  36. Rehder, D., Chemistry in Space: From Interstellar Matter to the Origin of Life ( Weinheim : Wiley-VCH , 2010), p. 30 .
  37. بيريمان، م. ، دليل الكواكب الخارجية (كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج، 2011)، ص 398 .
  38. إلياديس، سي، الفيزياء النووية للنجوم (فاينهايم: وايلي-في سي إتش، 2015)، ص 185 .
  39. "مقرر الفيزياء الفلكية في جامعة لندن: المحاضرة 7 - النجوم" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 15 يناير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 مايو 2020 .
  40. سجل10ك=(-16-7)+سجل101.3806{\displaystyle \log _{10}k=(-16-7)+\log _{10}1.3806}وسجل10تي=7+سجل101.57{\displaystyle \log _{10}T=7+\log _{10}1.57}kT = 0.217 فمت جول = 0.135 كيلو إلكترون فولت
  41. ماوز، د.، الفيزياء الفلكية باختصار ( برينستون : مطبعة جامعة برينستون ، 2007)، الفصل 3 .
  42. أديلبرغر، إريك ج .؛ أوستن، سام م.؛ باهكال، جون نبالانتكين، أ.ب .؛ بوغارت، جيل؛ براون، لويل س .؛ بوخمان، لوثار؛ سيسيل، ف. إدوارد؛ شامبين، آرثر إي.؛ دي برايكيلير، لودفيغ؛ دوبا، تشارلز أ. (1998-10-01). "مقاطع عرضية للاندماج الشمسي". مراجعات الفيزياء الحديثة . 70 (4): 1265-1291 . arXiv : astro-ph/9805121 . Bibcode : 1998RvMP...70.1265A . doi : 10.1103/RevModPhys.70.1265 . ISSN 0034-6861 . S2CID 16061677 .  
  43. أديلبرغر، إي جي (2011). "المقاطع العرضية للاندماج الشمسي. الجزء الثاني: سلسلة البروتون-بروتون ودورات CNO". مراجعات الفيزياء الحديثة . 83 (1): 195-245 . arXiv : 1004.2318 . Bibcode : 2011RvMP...83..195A . doi : 10.1103/RevModPhys.83.195 . S2CID 119117147 . 
  44. Goupil, M., Belkacem, K., Neiner, C., Lignières, F., & Green, JJ, eds., Studying Stellar Rotation and Convection: Theoretical Background and Seismic Diagnostics (Berlin/Heidelberg: Springer, 2013), p. 211 .

للمزيد من القراءة