התנגשות של כוכבי נויטרונים נחשבת ליצור מתכות יקרות כמו זהב ופלטינה. המאפיינים של כוכבים אלה נותרו בגדר תעלומה, אך ניתן למצוא את הפתרון בגרעין האטום העופרת, אחד מאבני הבניין הזעירות ביותר על פני כדור הארץ. זה הוכח כמאתגר לגלות את סודות הכוח החיוני השולט על פנים כוכבי הנייטרונים בגרעין האטום.
מחקר חדש מאת אוניברסיטת צ'למרס, שבדיה, יכולה להציע את התשובות. באמצעות מודל ממוחשב, המחקר מציג פריצת דרך בחישוב גרעין האטום של היסוד הכבד והיציב עופרת.
המודל, שפותח עם עמיתים בצפון אמריקה ואנגליה, מראה כעת את הדרך קדימה. הוא מאפשר חיזוי דיוק גבוה של מאפיינים עבור האיזוטופ* עופרת-208 ומה שנקרא 'עור הנייטרון' שלו.
למרות שגודלו של כוכב נויטרונים גדול בקילומטרים רבים מ- גרעין אטום, תכונותיו נשלטות בדרך כלל על ידי אותה פיזיקה. המכנה המשותף הוא הכוח החיוני המחייב פרוטונים ו נויטרונים זה לזה בגרעין אטום. כוכב נויטרונים נמנע גם הוא מקריסת על ידי אותו כוח. למרות היותו מרכיב יסודי בקוסמוס, קשה להסביר את הכוח החיוני במודלים ממוחשבים, במיוחד כשמדובר בגרעיני אטום כבדים ועשירים בניוטרונים כמו עופרת. כתוצאה מכך, החישובים המורכבים של החוקרים הותירו אותם נאבקים בבעיות רבות שאינן פתורות.
כדי להבין כיצד פועל הכוח החזק בחומר עשיר בניוטרונים, מדענים זקוקים להשוואות משמעותיות בין תיאוריה לניסוי, לתצפיות שנעשו במעבדות ועם טלסקופים, והדמיות תיאורטיות אמינות.
אנדריאס אקסטרום, פרופסור חבר במחלקה לפיזיקה בצ'אלמרס ואחד המחברים הראשיים של המאמר, אמר: "פריצת הדרך שלנו פירושה שהצלחנו לבצע חישובים כאלה עבור העופרת הרכיב היציבה הכבדה ביותר".
החוקרים מיזגו תיאוריות עם נתונים קיימים ממחקרים ניסויים כדי ליצור מודל חישובי חדש. לאחר מכן, שיטה סטטיסטית ששימשה בעבר כדי לדמות את פוטנציאל ההתפשטות של נגיף הקורונה שולבה עם חישובים מורכבים.
כעת ניתן להעריך מספר השערות כוח חזקות באמצעות המודל החדש לעופרת. ניתן לבצע תחזיות עבור גרעיני אטום שונים, מהחלשים ביותר ועד הכבדים ביותר, באמצעות המודל.
126 הנייטרונים המרכיבים גרעין אטום יוצרים את הכיסוי החיצוני של האטום, או העור. תכונות הכוח החיוני קשורות לעובי העור. ניתן לשפר את הבנת פעולת הכוח החיוני, הן בגרעיני אטום והן בכוכבי נויטרונים, על ידי ציפייה ל עובי עור הנייטרונים.
מנהיג המחקר כריסטיאן פורסן, פרופסור במחלקה לפיזיקה בצ'אלמרס, אמר: "אנו צופים שעור הנייטרונים דק להפתיע, מה שיכול לספק תובנות חדשות לגבי הכוח בין הנייטרונים. היבט פורץ דרך של המודל שלנו הוא שהוא מספק תחזיות ויכול להעריך מרווחי שגיאה תיאורטיים. זה חיוני ליכולת להתקדם מדעית".
"פריצת הדרך יכולה להוביל למודלים מדויקים יותר של, למשל, כוכבי נויטרונים ולהגברת הידע כיצד הם נוצרים."
"המטרה עבורנו היא להבין טוב יותר כיצד הכוח החזק מתנהג בכוכבי נויטרונים ובגרעיני אטום. זה לוקח את המחקר צעד אחד קרוב יותר להבנה כיצד, למשל, זהב ויסודות אחרים יכולים להיווצר בכוכבי נויטרונים - ובסופו של יום, מדובר בהבנת היקום".
עיון ביומן:
- Hu, B., Jiang, W., Miyagi, T. et al. תחזיות Ab initio קושרות את עור הנייטרונים של 208Pb לכוחות גרעיניים. נאט. פיז. 18, 1196–1200 (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01715-8
