مترجم: احمد رازیانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
جان گریبین، جف هشت
ویلی فاؤلر و سوبرامانیان چاندراشكر، مشتركاً، جایزه نوبل سال 1983 در فیزیك را به خود اختصاص دادند. اعطای این جایزه نشان‌دهنده اهمیت كار مستقل آن‌ها در زمینه تولید و مرگ ستاره‌ها و منشأ عناصر شیمیایی است.
از كجا آمده‌ایم؟ به قول سراینده ترانه ووداستاك ما از غبار ستارگانیم .... از كربنی یك میلیارد ساله. گویی سراینده با همین كاری كه اخیراً فاؤلر را صاحب نیمی از جایزه نوبل كرد آشنا بوده است؛ زیرا همین كار فاؤلر و همكارانش بود كه در اواسط دهه 1950 منشأ عناصر شیمیایی را ( با تقریب ضریب 5 یا 5ر1 در طول عمر) مشخص كرد. امروزه اختر شناسان و فیزیك‌دان‌ها عموماً می‌پذیرند كه كلیه عناصر شیمیایی (به استثنای هیدروژن اولیه و مقدار كمی هلیوم كه در مهبانگ تولید شد) از هیدروژن و هلیوم، طی فرایندهای همجوشی هسته‌ای در درون ستاره‌ها به وجود آمده‌اند. این عناصر شیمیایی، كه در انفجارهای بزرگ ستاره‌ای در فضا میان ستاره‌ای توزیع می‌شدند، از نسل‌های نخستین ستاره‌ها به وجود آمدند. همین عناصر بودند كه مواد خام لازم برای تشكیل یك سیاره مانند زمین و ساختار موجودات زنده آن را فراهم كردند. هر اتمی در بدن شما ( به استثنای اتم‌های هیدروژن) حاصل واكنش‌های همجوشی هسته‌ای در قلب یك ستاره است. طنز جا افتادن این مفاهیم در چارچوب نظریه مهبانگ در این است كه نیروی محرك در پیشرفت تحقیقات همجوشی هسته‌ای ستاره‌ها در دهه 1950 این اعتقاد راسخ فرد هویل بود كه ما در یك جهان حالت پایا به سر می‌بریم، و اینكه هیچگاه مهبانگی در كار نبوده است. در اوایل دهه 1950، آن دسته از اختر شناسان كه با مشكل تعیین منشأ عناصر مواجه بودند، توانستند (با یك روش كلی) استدلال كنند كه گرما و فشار در اثنای مهبانگ می‌توانسته است برای ساختن هر چیز كافی باشد. در واقع همین استدلال علیه مدافعین حالت پایا به كار رفت – بدین معنی كه اگر مهبانگی نبوده است پس عناصر سنگین چگونه می‌توانسته‌اند تشكیل شوند؟
هویل با كمك و همكاری فیزیك هسته‌ای دان فاؤلر و همكاران اخترشناس وی جفری و مارگارت بربیج مسئله تشكیل عناصر سنگین در ستاره‌ها را با جدیت هر چه تمام‌تر دنبال كرده دسته جمعی مقاله مهمی منتشر كردند كه بین اختر شناسان به مقاله (B2FH)، كه حروف اول اسامی آن‌هاست، معروف است. جالب اینجاست كه امروزه اخترشناسان معتقدند مهبانگ روی هم رفته منشأ عناصر سنگین را توضیح نمی‌دهد؛ و مقاله B2FH و مقاله‌های مبتنی بر آن نیز، درون جریان اصلی اخترشناسی مهبانگی مدفون شده‌اند. گرچه نظریه حالت پایا هنوز منسوخ نشده است. پیشرفت دانش فیزیك هسته‌ای حل مشكل فوق را خیلی ساده كرده است. اكنون با كمك فیزیك هسته‌ای می‌توان چگونگی تشكیل هسته‌های تمام عناصر تا آهن – 56 (پایدارترین هسته) را در درون ستاره‌ها، از طریق فرایندهای همجوشی توضیح داد؛ این فرایندها به آزاد شدن انرژی می‌انجامند و باعث درخشیدن ستاره‌ها می‌شوند. با وجود این هسته‌های سنگین‌تر اورانیوم، سرب، و غیره وقتی تشكیل می‌شوند كه یك ستاره سنگین كهنسال همچون یك ابر نواختر منفجر شود؛ در این انفجار ستاره به داخل مركز خود می‌رمبد و هسته‌ها را توسط انرژی گرانشی، علی رغم میل طبیعی آن‌ها به هم می‌فشارد.
بعد چه روی می‌دهد؟ اینجاست كه گوشه‌ای از كار چاندراشكر وارد ماجرا می‌شود، اگرچه این كار در واقع قبل از كاری كه اكنون فاؤلر به خاطر آن جایزه می‌گیرد انجام شده است. نام چاندراشكر با درج عبارت (حد چاندراشكر) در كتاب‌های اختر شناسی جاودانه شده است. این حد، بیشینه جرمی است ( اندكی كمتر از 5ر1 برابر جرم خورشید خودما) كه یك ستاره كهنسال، بدون رمبیدن و سیاه‌چاله شدن، می‌تواند داشته باشد. پس از آنكه یك ستاره سوزاندن سوخت هسته‌ای خود را به اتمام رساند به صورت یك جسم چگال و متراكم، به نام كوتوله سفید، در می‌آید. درخشش این كوتوله تنها به خاطر نشت گرما از داخل آن است و سرانجام در اثر همین نشت، محو می‌شود و به صورت یك كوتوله سیاه در می‌آید. چنین ستاره‌ای ممكن است جرمی برابر جرم خورشید خود ما در حجمی برابر حجم زمین دارا باشد. در درون این ستاره، كه حاوی ماده واگن و هسته‌های اتمی تنگ هم است، هیچگونه واكنش هسته‌ای رخ نمی‌دهد. اگر جرم كوتوله سفید سرد شونده از حد چاندراشكر بیشتر باشد، كشش گرانی رو به مركز آنچنان موادواگن را به هم می‌فشارد كه الكترون‌ها و پروتون‌ها در هم فرو می‌روند و به نوترون تبدیل می‌شوند. با رمبیدن بیشتر ستاره و تبدیل آن به یك ستاره نوترونی، هسته‌ها هویت شیمیایی خود را از دست می‌دهند؛ در صورتی كه جرم به اندازه كافی بزرگ باشد، حتی نوترون‌ها نیز تحت فشار از بین می‌روند و جسم به یك سیاه‌چاله تبدیل می‌شود. كار چاندراشكر تا دهه 1960 تحقیقات جنبی و غریبی در فیزیك بود كه توجه كسی، جز اخترشناسان متخصص، را به خود جلب نمی‌كرد. در این زمان كشف تپ اخترها و تعبیر آن‌ها به عنوان ستاره‌های نوترونی چرخان، كار چاندراشكر را مركز توجه عموم قرار داد. در دهه 1970، ستاره‌های پرتو ایكسی به سیاه‌چاله تعبیر می‌شدند، و تا آنجا كه رصدها می‌توانند نشان بدهند، حد چاندراشكر به درستی یك كلید راهنما برای درك تكامل تدریجی اجرام حقیقتی در عالم محسوب می‌شود.
اعطای جایزه نوبل به این دانشمند بسیار به جاست و ارزش كار آن‌ها را به خوبی می‌رساند؛ این كار در صدر آن نوع اختر فیزیكی است كه امروزه خبر ساز است. مطالعه ستاره‌های رمبیده و سیاه‌چاله‌ها به صورت یك صنعت درآمده است؛ توجه پیوسته فاؤلر به فیزیك هسته‌ای ستاره‌ها او را به مطالعه معمای نوترینوهای خورشیدی (نایافته) راهنمایی كرد. او از نخستین فیزیك‌دان‌هایی بود كه این ایده را رواج داد. كه نوترینوهای خورشیدی ممكن است ( رنگ عوض كنند)؛ به عبارت دیگر، این نوترینوها ممكن است، ضمن مسافرت به زمین، در اثر نوسان به نوترینوهای دیگری تبدیل شوند.
