விண்கற்கள் கதிரியக்கத்தன்மை பெற்றது எப்படி?

நவீன ஆவர்த்தன அட்டவணையில் (Periodic Table) உள்ள மிகப் பெரிய தனிமங்களின் தோற்றம் குறித்த நுண்ணறிவுகளைப் பெற, சர்வதேச ஆய்வாளர்கள் குழு xd;W 4.6 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்பு இருந்த சூரிய குடும்பம் ஒன்றின் மாதிரியை உருவாக்கியது.

அணு வானியல் மற்றும் இயற்பியலுக்கான சர்வதேச ஆராய்ச்சி அமைப்பு (IReNA) (irenaweb.org) மற்றும் அணுசக்தி வானியற்பியல் கூட்டு நிறுவனம் – கூறுகளின் பரிணாம வளர்ச்சிக்கான மையம் (JINA-CEE) (jinaweb.org), ஆகிய அமைப்புகளில் உள்ள விஞ்ஞானிகளின் தலைமையில், முன்னணி அறிவியல் இதழ் ஒன்றின் கடைசி பதிப்பில் இந்த ஆய்வு முடிவுகள் வெளியிடப்பட்டுள்ளது.

நமது அன்றாட வாழ்க்கையில் நாம் உபயோகிக்கும்  கனமான உலோகங்களான, இரும்பு மற்றும் வெள்ளி போன்றவை, பிரபஞ்சத்தின் தொடக்கத்தில், அதாவது 13.7 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்பு இல்லை. அணுக்களை ஒன்றிணைக்கும் நியூக்ளியோசிந்தஸிஸ்(Nucleosynthesis)  என அழைக்கப்படும் அணுசக்தி வினைகள் மூலம் அவை காலப்போக்கில் உருவாக்கப்பட்டன.  குறிப்பாக, அயோடின், தங்கம், பிளாட்டினம், யுரேனியம், புளூட்டோனியம் மற்றும் கியூரியம், மற்றும் மேலும் சில கனமான கூறுகள், ஒரு குறிப்பிட்ட வகை நியூக்ளியோசிந்தஸிஸ் மூலம் உருவாக்கப்பட்டன. அம்முறையானது, விரைவான நியூட்ரான் பிடிப்பு (Rapid Neutron Capture) செயல்முறை அல்லது R செயல்முறை என அழைக்கப்படுகிறது.

எந்த வானியல் நிகழ்வுகள் மிகப் பெரிய கூறுகளை உருவாக்குகிறது என்ற கேள்வி பல யுகங்களாக ஒரு மர்மமாகவே உள்ளது. இரண்டு நியூட்ரான் நட்சத்திரங்களுக்கிடையில் ஏற்படும் மோதல் அல்லது நியூட்ரான் நட்சத்திரத்திற்கும் கருந்துளைக்கும் இடையில் ஏற்படும் மோதல்கள் அல்லது பெரிய நட்சத்திரங்கள் இறக்கும்போது உருவாகும் வெடிப்புகள் இந்த R செயல்முறையை தூண்டலாம் என்று கருதப்படுகிறது. இத்தகைய அதிக ஆற்றல்மிக்க நிகழ்வுகள் பிரபஞ்சத்தில் மிகவும் அரிதாகவே நிகழும். அப்படி நிகழும்பொழுது, ​​அணுக்களின் கருவில் நியூட்ரான்கள் இணைக்கப்படுகின்றன, பின்னர் அவை புரோட்டான்களாக மாற்றமடைகின்றன. நவீன ஆவர்த்தன அட்டவணையில் உள்ள அணுக்கருக்கள் அவற்றில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையால் வரையறுக்கப்படுகின்றன. அதிக நியூட்ரான்கள் கைப்பற்றப்படுவதால் R செயல்முறை கனமான அணுக்கருக்களை உருவாக்குகிறது.

இந்த R செயல்முறையால் உருவாகும் சில அணுக்கருக்கள் கதிரியக்கத்தன்மை கொண்டவை மற்றும் அவை நிலையான அணுக்கருக்களாக சிதைவதற்கு மில்லியன் கணக்கான ஆண்டுகள் எடுத்துக்கொள்ளும். அயோடின்-129 மற்றும் கியூரியம்-247 ஆகியவை சூரியனின் உருவாக்கத்திற்கு முன்பே உருவாக்கப்பட்ட இரண்டு அணுக்கருக்கள். அவை திடப்பொருட்களுடன் இணைந்து, இறுதியில் பூமியின் மேற்பரப்பில் விண்கற்களாக விழுந்தன. இந்த விண்கற்களுக்குள், கதிரியக்கச் சிதைவு ஏற்பட்டுகிறது. இவை நிலையான அணுக்கருக்களை அதிகமாக உருவாக்குகிறது. இன்றைய நவீன கண்டுபிடிப்புகளால், இந்த அதிகப்படியான அளவை ஆய்வகங்களில் அளவிட முடியும்.

இந்த இரண்டு R செயல்முறை அணுக்கருக்கள் ஏன் மிகவும் சிறப்பு வாய்ந்தவை? அவைகள் இரண்டும் பொதுவாக ஒரு விசித்திரமான பண்பைப் பெற்றிருக்கின்றன, அவை இரண்டும் கிட்டத்தட்ட ஒரே விகிதத்தில் சிதைவடைகின்றன. அதாவது, அயோடின்-129 மற்றும் கியூரியம்-247 ஆகியவற்றுக்கு இடையிலான விகிதம் அவை உருவாக்கப்பட்ட பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்பிலிருந்து மாறவில்லை.

“இது ஒரு ஆச்சரியமான அதே நேரத்தில் தற்செயலான நிகழ்வு, குறிப்பாக விண்கற்களில் அளவிடக்கூடிய ஐந்து கதிரியக்க தனிமங்களில் இவை இரண்டு மட்டுமே R செயல்முறை கருக்கள்” என்று கொங்கோலி ஆய்வகத்தின் தலைவரான பெனாய்ட் கோட்டா கூறுகிறார். “மேலும் வரலாற்றுக்கு முந்தைய புதைபடிவத்தைப் போல, அயோடின்-129 முதல் கியூரியம்-247 விகிதம் காலப்போக்கில் உறைந்து போயுள்ளது. இதனால் சூரிய மண்டலத்தின் கலவையை உருவாக்கிய கனமான தனிமத்தின்  அலை மற்றும் அதற்குள் உள்ள அனைத்தையும் நாம் நேரடியாகப் பார்க்க முடியும்.”

அயோடின், 53 புரோட்டான்களுடன் இருப்பதால், 96 புரோட்டான்களுடன் உள்ள கியூரியத்தை விட எளிதாக உருவாக்கப்படுகிறது. ஏனென்றால், கியூரியத்தின் அதிக எண்ணிக்கையிலான புரோட்டான்களை அடைய அதிக நியூட்ரான் பிடிப்பு வினைகள் தேவை. இதன் விளைவாக, அயோடின்-129 மற்றும் கியூரியம்-247 ஆகிவற்றின் விகிதம் அவை உருவானபோது கிடைத்த நியூட்ரான்களின் அளவைப் பொறுத்தது.

விண்கற்களின் கலவையை அதிகப்படுத்த தேவையான நிலைமைகளைக் கண்டறிய, இந்த ஆய்வுக்குழு நியூட்ரான் நட்சத்திரங்களுக்கும் கருந்துளைகளுக்கும் இடையிலான மோதல்களால் தொகுக்கப்பட்ட அயோடின்-129 மற்றும் கியூரியம்-247 விகிதங்களை கணக்கிட்டது. சூரிய மண்டலத்தின் பிறப்புக்கு முன்னர் கடைசி ஆர்-செயல்முறை நிகழ்வின் போது கிடைக்கும் நியூட்ரான்களின் அளவு மிக அதிகமாக இருக்க முடியாது என்று அவர்கள் முடிவு செய்தனர். இல்லையெனில், அயோடினுடன் ஒப்பிடும்போது அதிக கியூரியம் உருவாக்கப்பட்டிருக்கும். மோதலின் போது நியூட்ரான் நட்சத்திரத்தின் மேற்பரப்பில் இருந்து அகற்றப்பட்ட நியூட்ரான் நிறைந்த மூலங்கள், இந்த செயல்முறையில் பங்கேற்கவில்லை என்பதை இது உணர்த்துகிறது.

R செயல்முறை அணுக்கருக்கள் எவ்வாறு உருவாக்கப்பட்டன என்பது குறித்து ஆராய்ச்சியாளர்களால் புதிய மற்றும் நுண்ணறிவுள்ள தகவல்களை வழங்க முடியும் என்றாலும், அவற்றை உருவாக்கிய வானியல் பொருளின் தன்மையை அவர்களால் பின்னிணைக்க முடியவில்லை. ஏனென்றால், நியூக்ளியோசிந்தஸிஸ் மாதிரிகள் நிச்சயமற்ற அணு பண்புகளை அடிப்படையாகக் கொண்டவை, மேலும் நியூட்ரான் கிடைப்பதை பெருத்த நட்சத்திர வெடிப்புகள் மற்றும் நியூட்ரான் நட்சத்திரங்கள் மோதல் போன்ற குறிப்பிட்ட வானியல் பொருள்களுடன் எவ்வாறு இணைப்பது என்பது இன்னும் தெளிவாகத் தெரியவில்லை.

“ஆனால் அயோடின்-129 மற்றும் கியூரியம்-247 ஆகியவற்றின் தனிம நியூக்ளியோசிந்தஸிஸ் செயல்முறையின் அடிப்படை தன்மையை நேரடியாகப் பார்ப்பதற்கான திறன், எதிர்கால ஆய்வுகளுக்கு ஒரு சிறந்த தொடக்கமாகும்” என்று ஆய்வின் இணை ஆசிரியரான நோட்ரே டேம் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த நிக்கோல் வாஷ் கூறினார்.

இந்த புதிய கருவியின் மூலம், வானியற்பியல் உருவகப்படுத்துதல்களின் (Stimulators) நம்பகத்தன்மை மற்றும் அணுசக்தி பண்புகளைப் புரிந்துகொள்வது சுலபமாகும். மேலும் இவற்றில் ஏற்படும் முன்னேற்றங்கள் எந்த வானியல் பொருள்கள் சூரிய மண்டலத்தின் மிகப்பெரிய கூறுகளை உருவாக்கியது என்பதை வெளிப்படுத்தும்.

“இது போன்ற ஆய்வுகள் நீங்கள் ஒரு பல்வகைக் குழுவை ஒன்றிணைக்கும்போது மட்டுமே சாத்தியமாகும், அங்கு ஒவ்வொரு ஆய்வாளரும் புதிரின் தனித்துவமான பகுதிக்கு பங்களிப்பு செய்கிறார்கள். JINA-CEE 2019 சமீபத்திய கூட்டம் தற்போதைய கிடைத்த முடிவுகளை சிறந்த சூழலை வழங்கியது,” என்று கோட்டா கூறினார்.

References:

1. Riley, T. E. (2021). NICER Measures the Radius of the Most Massive Neutron Star.
2. Mumpower, M. (2018, July). Fission in the r-process. In Book of Abstracts(p. 12).
3. Côté, B., Eichler, M., López, A. Y., Vassh, N., Mumpower, M. R., Világos, B., … & Lugaro, M. (2021). 129I and 247Cm in meteorites constrain the last astrophysical source of solar r-process elements. Science, 371(6532), 945-948.
4. Freiburghaus, C., Rosswog, S., & Thielemann, F. K. (1999). R-process in neutron star mergers. The Astrophysical Journal Letters, 525(2), L121.