شمسنا تخضع لنوع ثان من الاندماج في جوهرها

سواليف
تعمل شمسنا، مثل كل النجوم، من خلال اندماج الهيدروجين في عناصر أثقل. والاندماج النووي لا يجعل النجوم تتألق فقط بل هو أيضا مصدر أساسي للعناصر الكيميائية التي تكوّن العالم من حولنا.

ويأتي الكثير من فهمنا للاندماج النجمي من النماذج النظرية للنواة الذرية، ولكن بالنسبة لأقرب نجم لدينا، هناك مصدر آخر: النيوترينوات التي أنشئت في لب الشمس.

وعندما تخضع النوى الذرية للاندماج، فإنها تنتج ليس فقط أشعة غاما عالية الطاقة، ولكن أيضا النيوترينوات. وبينما تقوم أشعة غاما بتسخين باطن الشمس على مدى آلاف السنين، فإن النيوترينوات تخرج من الشمس بسرعة الضوء تقريبا.

واكتُشفت النيوترينوات الشمسية لأول مرة في الستينيات، ولكن كان من الصعب معرفة الكثير عنها بخلاف حقيقة أنها انبعثت من الشمس.

ووفقا للنظرية، يجب أن يكون الشكل السائد للاندماج في الشمس هو اندماج البروتونات التي تنتج الهيليوم من الهيدروجين. وتُعرف باسم سلسلة pp، وهي أسهل تفاعل تخلقه النجوم.

وبالنسبة للنجوم الأكبر حجما ذات النوى الأكثر سخونة وكثافة، فإن التفاعل الأكثر قوة المعروف بدورة CNO هو المصدر المهيمن للطاقة. ويستخدم هذا التفاعل الهيدروجين في دورة من التفاعلات مع الكربون والنيتروجين والأكسجين لإنتاج الهيليوم.

وتعد دورة CNO جزءا من سبب كون هذه العناصر الثلاثة من بين أكثر العناصر وفرة في الكون (بخلاف الهيدروجين والهيليوم).

وفي العقد الماضي، أصبحت أجهزة الكشف عن النيوترينو أكثر كفاءة. كما أن أجهزة الكشف الحديثة قادرة أيضا على اكتشاف ليس فقط طاقة النيوترينو، ولكن أيضا أساسها.

ونعلم الآن أن النيوترينوات الشمسية المكتشفة من التجارب المبكرة لا تأتي من نيوترينوات السلسلة PP الشائعة، ولكن من تفاعلات ثانوية مثل تحلل البورون، والتي تخلق نيوترينوات عالية الطاقة يسهل اكتشافها.

ثم في عام 2014، اكتشف فريق بحثي النيوترينوات منخفضة الطاقة التي تنتجها سلسلة pp مباشرة. وأكدت ملاحظاتهم أن 99٪ من طاقة الشمس يتم توليدها عن طريق اندماج البروتون والبروتون.

وبينما تهيمن سلسلة pp على الاندماج في الشمس، فإن نجمنا كبير بما يكفي لدرجة أن دورة CNO يجب أن تحدث عند مستوى منخفض. ويجب أن يكون ما يمثل نسبة 1% الإضافية من الطاقة التي تنتجها الشمس.

ولكن نظرا لندرة نيوترينوات CNO، يصعب اكتشافها. لكن في الآونة الأخيرة لاحظها باحثون بنجاح.

ويتمثل أحد أكبر التحديات التي تواجه اكتشاف نيوترينوات CNO، في أن إشاراتها تميل إلى أن تكون مدفونة داخل ضوضاء النيوترينو الأرضية. ولا يحدث الاندماج النووي بشكل طبيعي على الأرض، ولكن المستويات المنخفضة من التحلل الإشعاعي من الصخور الأرضية، يمكن أن تؤدي إلى أحداث في كاشف النيوترينو الذي يشبه اكتشافات النيوترينو CNO.

لذا، أنشأ الفريق عملية تحليل معقدة تقوم بتصفية إشارة النيوترينو من الإيجابيات الخاطئة. وتؤكد دراستهم أن اندماج CNO يحدث داخل شمسنا عند المستويات المتوقعة.

وتلعب دورة CNO دورا ثانويا في شمسنا، لكنها أساسية في حياة وتطور النجوم الأكثر ضخامة.

ويجب أن يساعد هذا العمل في فهم دورة النجوم الكبيرة، ويمكن أن يساعدنا على فهم أفضل لأصل العناصر الأثقل التي تجعل الحياة على الأرض ممكنة.