பிரபஞ்சத்தின் மகத்தான ஐம்பது புதிர்கள் ! முதிய விண்மீன்கள் மூலகக் களஞ்சியம் !(Abundance of Elements in Old Stars) (கட்டுரை: 33)

This entry is part of 26 in the series 20080703_Issue

சி. ஜெயபாரதன் B.E.(Hons) P.Eng (Nuclear) கனடா


காலவெளிக் கருங்கடலில்
அகில நாண்கள் சுற்றிக்
பிண்டத்தைக்
கடைந் தெடுத்து
உயிரினம் முளைத்துப் பெருக
மூலகங்கள் விளைந்தன
நூற்றுக் கணக்கில் !
ஆயுட் காலம் முடியும்
விண்மீன்களும்
மாயும் சூப்பர்நோவா வெடித்து
வாயுக்கள் வெளியேறி
வகை வகையாய்க் கன உலோகங்கள்
புகை முகிலில் தெரியும் !
செம்பூத விண்மீனுக்குக்
கரும்பூத வயிறு !
பெரு வாரியாய்ச்
சிறு மூலகங்கள்
பேரளவு உஷ்ணத்தில் எரிந்து
சமைக்கப் பட்டு
உருவானது செம்மீனின்
மரணத்தின் தான் !

Fig. 1
Elements in Red Giant Star

“நாம் இன்று (பூமியில்) காணும் பொருட்கள் அனைத்தும் அங்கே (விண்மீன்களில்) எப்படித் தோன்றின என்பதை அறிய நாங்கள் விழைகிறோம்.”

“பெரு வெடிப்பில் முதலில் தானாக விளைந்தவை ஹைடிரஜனும், ஹீலிய வாயுக்கள் மட்டும்தான். மற்ற மூலகங்கள் யாவும் நீண்ட காலமாக விண்மீன்களில் சமைக்கப் பட்டவையே. விண்மீன்களின் அடுத்தடுத்த மீள்பிறப்புகளில் (யுரேனியம், தோரியம் போன்ற) கன உலோக மூலகங்கள் கொதித்த ஆவியில் சமைக்கப்பட்டு விண்வெளியில் வீசி (Brew & Spew) எறியப்பட்டன ! பிறகு அவை புதிய விண்மீன்களால் கவரப்பட்டு விளைவுப் பயிராக மீட்கப்பட்டன.”

“கதிரியக்கத் தோரிய உலோகம் தற்போது எவ்வளவு விண்மீனில் மிஞ்சி உள்ளது என்று அறிந்து, அந்த விண்மீனின் வயதைத் துல்லியமாக விஞ்ஞானிகள் கணிக்கலாம். அந்த கதிரியக்கத் தேய்வு அளப்பு மூலம் அறிந்த மூப்படைந்த விண்மீன்களின் வயது, பிற முறைகள் மூலம் கணித்த பிரபஞ்சத்தின் வயதுக் கணிப்பை (சுமார் 13 பில்லியன்) ஒத்திருக்கிறது.”

டாக்டர் டிமதி பீர்ஸ் (Dr. Timothy C. Beers) பேராசிரியர், மிச்சிகன் மாநிலப் பல்கலைக் கழகம்

Fig. 1A
Elements Formation

வரையறை யில்லாத நீளத்தில், மிக மிக மெல்லிய பரிமாணத்தில், கணிக்க முடியாத அடர்த்தியில், பூர்வீகப் பிண்டத்தின் அகில நாண்கள் (Unimaginably Dense Strands of Primordial Matter) பிரபஞ்சத்தில் புயலடித்துப் புகுந்துள்ளன !

பிரபஞ்சத்தின் தோற்றத்துக்கும், அதன் பிற்காலத் தலைவிதிக்கும் விடை அளிக்கும் மூல மெய்ப்பாடுகள் யாவும் அண்டையில் இருக்கும் விண்மீன்களில் அடைபட்டுக் கிடக்கின்றன !

ஸ்டீவன் நாடிஸ் (Astronomy Magazine Editor) (Jan 2006)

சூப்பர்நோவா வெடிப்பில் பிறந்த மூலகங்கள் !

முப்பது ஆண்டுகளுக்கு மேலாக (1989 அறிக்கை) ஹீலியத்துக்கும் மேற்பட்ட நிறையுள்ள மூலகங்கள் யாவும் விண்மீன்களின் உள்ளே நிகழும் அணுக்கரு இயக்கங்களால் (Nuclear Reactions) விளைகின்றன என்று விஞ்ஞானிகள் நம்பி வந்தார்கள். அத்தகைய அணுக்கரு இயக்கங்கள் விண்மீன்கள் சூப்பர்நோவாக மாறி வெடிக்கும் சமயத்தில் ஏற்படுகின்றன. அந்தக் கருத்தின்படி ஹைடிரஜன், ஹீலிய வாயுக்களைத் தவிர மற்ற மூலகங்கள் எல்லாம் விண்மீன்களின் உள்ளே பிறந்து அவை வெடிக்கும் போது வெளியே எறியப்பட்டுச் சிதறுகின்றன. அப்படியானால் கார்பன், ஆக்ஸிஜன், நைடிரஜன், இரும்பு, ஸிலிகான், மற்றும் கன உலோகங்களான யுரேனியம், தோரியம் யாவும் விண்மீன் துணுக்குகள் (Star Dust) என்று தவறாக எண்ணப் படலாம் !

Fig. 1B
Nature Recipe for Making
Elements -1

அந்த பிழையான சிந்தாந்தக் கருத்து 1987 ஆண்டு வரை நிரூபகம் ஆகாமலே நிலவிக் கொண்டிருந்தது ! எந்த விஞ்ஞானியும் தொலைநோக்கி கண்டுபிடிக்கப்பட்ட பிறகு நமது பால்வீதி காலாக்ஸியில் உள்ள ஒரு சூப்பர்நோவா வெடிப்பு நிகழ்ச்சியை அதுவரை ஆழ்ந்து உளவிய தில்லை ! மேலும் காணப்பட்ட சூப்பர்நோவாக்களும் விண்வெளியில் வெகு தூரத்தில் இருந்ததால் விபரமாக எதுவும் அறியப்பட வில்லை ! 1987 ஆம் ஆண்டில் பால்வீதிக்கு அருகில் நிகழ்ந்த சூப்பர்நோவா (Supernova SN1987A) வெடிப்பில் பேரளவு வாயுமுகில் கிளம்பி அந்தக் கருத்தை முற்றிலும் மாற்றி விட்டது !

Fig. 1C
Nature Recipe for Making
Elements -2

இப்போது விஞ்ஞானிகளிடம் ரேடியோ அலைகள் முதல் காமாக் கதிர்கள் வரை எல்லா அரங்கு காந்த அலை ஒளிப்பட்டைகளை (All Regions of Electromagnetic Spectrum of Radio Waves & Gamma Rays) நுணுக்கமாக உளவும் கருவிகள் கைவசம் இருக்கின்றன ! அவற்றின் மூலம் SN1987A சூப்பர்நோவா வெடிப்பு முகிலை ஆராய்ந்ததில் நிலையற்ற கதிரியக்க ஏகமூலம் நிக்கல்-56 (Unstable Radioactive Isotope Nickel-56) இருப்பது அறியப்பட்டது. வெடிப்புக்குப் பிறகு இரண்டு ஆண்டுகளாய்க் கதிரியக்க நிக்கல்-56 தேய்வாகிக் கோபால்ட்-56 ஆகவும் (Cobalt-56), இரும்பு-56 ஆகவும் (Iron-56) உலோக மாற்றம் அடைந்து வியப்பை அளித்தன ! அந்த புதிரான கதிரியக்க மூலக விளைவுகளே சூப்பர்நோவா வெடிப்பின் மெய்யான நிகழ்வுகளை எடுத்துக் காட்டின !

பிரபஞ்சத்தின் மூலகங்கள் தோற்றப் புதிருக்கு விடையளிக்கும் முதிய விண்மீன்கள்

அபூர்வமாகத் தென்படும் மிகப் பூர்வீக விண்மீன்கள் வானியல் விஞ்ஞானிகளுக்குப் பெரு வெடிப்பு நிகழ்ச்சியைப் பற்றியும் காலாக்ஸி ஒளிமந்தைகளின் வரலாறைப் பற்றியும், 1998 ஆகஸ்டில் நடந்த ஆஸ்திரேலியா விஞ்ஞானக் கருத்தரங்கில் புதிய தகவல் கிடைத்துள்ளன. மிச்சிகன் மாநிலப் பல்கலைக் கழகத்தின் பேராசிரியர் டாக்டர் டிமதி பீர்ஸ் தான் தொலைநோக்கி மூலம் விண்ணுளவு செய்த 1000 பூர்வீக விண்மீன்களை அபூர்வமான புதை பொருள் “வைரங்கள்” என்று குறிப்பிட்டார் ! 14 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்பு தோன்றிய நமது பால்வீதி காலாக்ஸிக்குப் பிறகு உருவானவை அந்த புராதன விண்மீன்கள் ! மேலும் தேர்ந்தெடுக்க நமது காலாக்ஸியில் பல பில்லியன் விண்மீன்கள் கொட்டிக் கிடக்கின்றன ! அந்த விண்ணுளவு ஆராய்ச்சி அரங்கில் பங்கெடுத்தோர் : பேராசியர்கள் டிமதி பீர்ஸ், ஆஸ்திரேலியாவின் ஸ்டிரோம்லோ மலை நோக்ககத்தின் (Mount Stromlo Observatory) ஜான் நார்ரிஸ் மற்றும் ராயல் கிரீன்விச் நோக்ககத்தின் (Royal Greewich Observatory) டாக்டர் ஷான் ரயான் ஆகிய மூவர்.

Fig. 1D
Periodic Table of Elements

பெரு வெடிப்புக்குக் பிறகு முக்கியமாக ஹைடிரஜன், ஹீலியம் ஆகிய ஒன்றிரண்டு அணுக்கருதான் (Hydrogen & Helium Neuclei) தானாகத் தோன்றின என்று விஞ்ஞானிகள் நம்பி வந்தார்கள். “மற்ற மூலகங்கள் யாவும் நீண்ட காலமாக விண்மீன்களில் சமைக்கப் பட்டவையே. விண்மீன்களின் அடுத்தடுத்த மீள்பிறப்புகளில் (யுரேனியம், தோரியம் போன்ற) கன உலோக மூலகங்கள் கொதித்த ஆவியில் சமைக்கப்பட்டு விண்வெளியில் வீசி (Brew & Spew) எறியப்பட்டன ! பிறகு அவை புதிய விண்மீன்களால் கவரப்பட்டு விளைவுப் பயிராக மீட்கப்பட்டன,” என்று சொல்கிறார் டிமதி பீர்ஸ். கன மூலகங்கள் மிகக் குறைவாகக் காணப்படும் விண்மீன்கள் அனைத்தும் மூப்படைந்து முடிந்து போனவை. காரணம் என்ன வென்றால் எளிய மூலகங்கள் கொட்டிக் கிடக்கும் குழம்புடன் யுரேனியம், தோரியம் போன்ற கன மூலகங்கள் உருவாவதில்லை. விஞ்ஞானிகள் விண்மீன்களின் ஒளிப்பட்டை அலைகளை உளவி அவற்றில் கிடக்கும் இரசாயன மூலகங்களைப் பற்றி அறிகிறார்.

Fig. 1E
Abundance of Elements in
Solar System -1

முதிய விண்மீன்களை உளவியதில் மூன்று முக்கிய முடிவுகள்

1. கதிரியக்கத் தோரிய உலோகம் தற்போது எவ்வளவு விண்மீனில் மிஞ்சி உள்ளது என்று அறிந்து, அந்த விண்மீனின் வயதைத் துல்லியமாகக் கணிக்கலாம். அந்த கதிரியக்கத் தேய்வு அளப்பு முறையில் மூப்படைந்த முதிய விண்மீன்களின் வயது, பிற முறைகள் மூலம் பெற்ற பிரபஞ்ச வயதுக் கணிப்பை (சுமார் 13 பில்லியன்) ஒத்திருக்கிறது !

2. பெரு வெடிப்பு நியதியின் ஒரு பகுதியை ஆணித்தரமாக நிலைநாட்ட முதிய விண்மீன்களைப் பற்றிய உளவுகள் மிகவும் உதவுகின்றன.

3. பிரதானப் பெரு வெடிப்பு நியதி (Mainstream Big Bang Theory) பிரபஞ்ச ஆரம்ப கால விளைவுகளில் எவ்வளவு எளிய மூலகம் லிதியம் (Light Element Lithium) உருவானது என்று யூகிக்கிறது. முதலில் தோன்றிய லிதியம் விண்மீனில் கலந்துபோய் இப்போது தெரியாமல் இருக்கலாம் என்று கருதப்பட்டது. ஆகவே முதிய விண்மீன்களில் அறியப்படும் லிதியத்தின் அளவு குறைந்தும், கூடியும் ஒரு நீட்சியில் (Within a Range) இருக்க வேண்டும். ஆனால் அப்படி யில்லாமல் முதிய விண்மீன்களில் ஒரே அளவு லிதியம்தான் காணப்படுகிறது. அந்த அளவே பூர்வீக முதன்மை அளவு (Primordial Amount of Lithium) லிதியமாக நிச்சயம் இருக்க வேண்டும். அந்த தகவல் பெரு வெடிப்பு நியதி மூலமாக பேபிப் பிரபஞ்சத்தில் எவ்வளவு மூலாதாரப் பிண்டம் (Baryons – A Subclass of Quarks) இருந்தது என்று அழுத்தமாகக் கூறுகிறது.

Fig. 1F
Abundance of Elements in
Solar System -2

சில முதிய விண்மீன்களில் கூடச் சிறிதளவு கன மூலகங்கள் காணப்படுகின்றன. மிகுந்த அளவில் இல்லை. சூரியனில் இருக்கும் அளவில் பத்தாயிரத்தில் ஒரு பங்கு அவற்றில் உள்ளன ! அப்படி இருப்பது உறுதி. யுரேனியம், தோரியம் போன்ற அத்தகைய கன மூலகங்கள் முதலில் தோன்றி வெடித்துச் சிதறிய விண்மீன்களிலிருந்து வந்து விழுந்தவை.

பிரபஞ்சத்தில் கார்பன் மூலகத்தின் பூர்வீகம்

காலாக்ஸியின் ஒளிமயத்தில் உலோகம் குன்றிய விண்மீன்களில் பெருவாரியாகச் சமீபத்தில் உளவு செய்ததில் பூர்வீகத்தில் தோன்றிய விண்மீன்கள் கார்பம் மூலகத்தைப் பெருமளவில் உற்பத்தி செய்திருப்பதாகச் சான்றுகள் கிடைத்துள்ளன. எப்படி அவை உருவாயின என்பது அறிய முடியாது புதிராக இருந்தாலும் உலோகம் குறைந்த விண்மீன்களில் கார்பன் உண்டானது ஓர் அதிசய வானியல் பௌதிக நிகழ்ச்சியாகக் கருதப்படுகிறது. மேலும் கார்பன் மிகை ஆக்கம் எப்போதும் “விரைவியக்க மூலக மிகையாக்க முறை (R-Process) (Rapid Process Element Enhancements) மெதுவாக்க மூலக மிகையாக்க முறை (S-Process) (Slow Process Element Enhancements) & நியூட்ரான் விழுங்கி மூலகங்கள் குறைபாடு (Neutron-Capture Element Deficiencies) ஆகியவை உடன் சேர்கின்றன. இரும்பு/ஹைடிரஜன் விகிதம் Fe/H (Iron/Hydrogen Ratio) குறைவான விண்மீன் இன்னும் (தற்போது தெரிந்தது Fe/H Ratio : 5.3) கண்டுபிடிக்கப் படவில்லை.

Fig. 2
Star Formation

பால்வீதி காலாக்ஸி ஒளியில் பூர்வீக விண்மீனில் மூலகக் களஞ்சியங்கள்

கடந்த பல பத்தாண்டுகளில் வானியல் விஞ்ஞானிகள் மிக நுணுக்கமாக உளவும் ஒளிப்பட்டை நோக்கிகளைத் (High Resolution Optical Spectroscopy) தயாரித்து நமது பால்வீதி காலாக்ஸியில் பேரளவு விண்மீன்களின் மூலக விபரங்களை அறிந்துள்ளார். அந்த விண்மீன்களின் உலோகச் செழுமை (Metal Abundance) சூரியனின் அளவில் 1% பங்கு கொண்டது. இதுவரை கண்ட மிகக் குறைந்த உலோக அளவு கொண்ட விண்மீன் சூரியன் உலோக இருப்பில் 1/200,000 பங்கு உடையதாகும். குறிப்பாக அரிய உலோக இனம் குன்றிய விண்மீன்கள் (Rare Metal-Poor Stars) (Uranium, Thorium Low Stars) கிடைக்கும் நியூட்ரான்களை விழுங்கி பெருத்த நிறை மூலகங்களைப் படைப்பது. உதாரணமாக தங்கம்,வெள்ளி, ஈயம், ஈரோபியம், பிளாடினம் போன்றவை விரைவாக்க முறையிலும், மெதுவாக்க முறையிலும் (R-Process & S-Process) உருவாகின்றன. அத்துடன் கதிரியக்க முறையில் தேயும் யுரேனியம், தோரியம் உள்ள விண்மீன்களும் உளவப்பட்டன.

Fig. 3
Uranium in Old Star

மூப்படைந்த விண்மீன்களில் மூலகங்கள் உற்பத்தி

1957 இல் மார்கரெட் & ஜெ·ப்ரி பர்பிட்ஜ், வில்லியம் ·பௌளர் & ·பிரெட் ஹாயில் ஆகிய நால்வரும் கூட்டாகப் பணிபுரிந்து விண்மீன்களில் நிகழக் கூடிய அனைத்து அணுக்கரு இயக்கங்களையும் வரிசையாகப் பதித்தனர். அந்த அணுக்கரு இயக்கங்களே ஹீலியம் முதல் யுரேனியத் தொடர் மூலகங்கள் (From Helium to Transuranium Elements) வரை உருவாக்கியதை விளக்கமாய்க் கூறின !

ஹைடிரஜனைத் தவிர மற்ற மூலகங்கள் அனைத்தும் விண்மீன்களில் உருவாகின்றன என்றால் மூப்படைந்த விண்மீன்களில் சிறிதளவு ஹீலியம்தான் இருக்க வேண்டும் ! அதைப் போல் சிறிதளவு கன மூலகங்கள்தான் அவற்றில் இருக்க வேண்டும் ! போகப் போக விண்மீன்களில் ஹீலியம் 25% ஹைடிரஜன் பெரும்பான்மையாகவும், மற்ற மூலகங்கள் 1% – 2% இருப்பது தெரிந்தன !

Fig. 4
Stars in Galaxy

விண்மீன்களில் நிகழும் அணுக்கருப் பிணைவு இயக்கங்கள்

வானியல் விஞ்ஞானிகள் மேலும் இரண்டு வித அணுக்கரு இயக்கங்கள் நிகழ்வதைக் கண்ண்டிருக்கிறார்கள் :

(a) அணுக்கருப் பிணைவு இயக்கங்கள் (Nuclear Fusion Reactions) – பேரளவு உஷ்ணம் தேவைப்படும்.

1. ஹைடிரஜன் எரிந்து ஹீலியமாகுதல் (Hydrogen –> Helium -4)

2. ஹீலியம் எரிந்து கார்பன் & ஆக்ஸிஜன் ஆகுதல் (Helium -4 + Helium -4 + Helium -4 –> Carbon -12 & Oxygen -16)

3. கார்பன் எரிந்து நியான், ஸோடியம், மெக்னீஸியம் ஆகுதல்


Fig. 5
Formation of Galaxy

4. நியான் எரிந்து ஆக்ஸிஜன், ஸோடியம், மெக்னீஸியம் ஆகுதல்.

5. ஆக்ஸிஜன் எரிந்து ஸிலிகான், ஸல்·பர், ·பாஸ்·பரஸ் ஆகுதல்

6. ஸிலிஒகான் எரிந்து மாங்கனீஸ், குரோமியம், இரும்பு, கோபால்ட், நிக்கல் ஆகுதல்

(b). நியூட்ரான் பிடிப்பு இயக்கங்கள் (Neutron Capture Reactions)

1. படத்தைக் காணவும் உதாரணங்களுக்கு (Slow Neutron Capture) (S -Process)

2. படத்தைக் காணவும் உதாரணங்களுக்கு (Rapid Neutron Capture) (R -Process)

Fig. 6
Nuclear Reactions in Stars

++++++++++++++++++++++++++

(தொடரும்)

தகவல்:

Picture Credits: NASA, JPL; National Geographic; Time Magazine, Astronomy Magazine.

1. Our Universe – National Geographic Picture Atlas By: Roy A. Gallant (1986)
2. 50 Greatest Mysteries of the Universe – Does the Inflation Theoy Govern the Universe ? (Aug 21, 2007)
3. Astronomy Facts File Dictionary (1986)
4. The Practical Astronomer By Brian Jones & Stephen Edberg (1990)
5. Sky & Telescope – Why Did Venus Lose Water ? [April 2008]
6. Cosmos By Carl Sagan (1980)
7. Dictionary of Science – Webster’s New world [1998]
8. The Universe Story By : Brian Swimme & Thomas Berry (1992)
9. Atlas of the Skies – An Astronomy Reference Book (2005)
10 Hyperspace By : Michio kaku (1994)
11 Universe Sixth Edition By: Roger Freedman & William Kaufmann III (2002)
12 Physics for the Rest of Us By : Roger Jones (1992)
13 National Geographic – Frontiers of Scince – The Family of the Sun (1982)
14 National Geographic – Living with a Stormy Star – The Sun (July 2004)
15 The World Book of Atlas : Anatomy of Earth & Atmosphere (1984)
16 Earth Science & Environment By : Dr. Graham Thompson & Dr. Jonathan Turk (1993)
17 The Geographical Atlas of the World, University of London (1993).
18 Hutchinson Encyclopedia of Earth Edited By : Peter Smith (1985)
19 Science Daily : What Shape is The Universe ? Columbia Astronomers Have Clue ! [Feb 17, 1998]
20 Fold Testament : What Shape is The Universe By Stepher Battersy (Dec 7, 2006)
21 Scinece Daily : Particle Accelerator May Reveal Shape of Alternate Dimensions, University of Wisconsin-Madison [Feb 4, 2008]
22 Physicists Find Way to See the Extra Dimension (Feb 2, 2007)
23 Old Star Sheds Light on Creation of Element – By : Belle Dume Science Writer Physicsworld.com (Oct 31, 2002)
24 Formation of Elements (http://science.jrank.org/
25 New Scientist Magazine – The Birth of Elements By Roger Tayler & John Gribbin (Dec 16, 1989)
26 The Origin of Carbon in the Universe By : Dr. Timothy C. Beers (Oct 17, 2002)
27 Elemental Abundances of Early-Generation Stars in the Halo of the Milky Way By : Timothy Beers.
28 Old Stars Hold Chemical Clues to Early Universe – The Galactic Halo : Bright Stars & Dark Matter By : Timothy Beers – The Third Stromlo Symposium [17-21 Aug 1998]
29 Astronomy Magazine – Cosmos Before There Was Light – New Insights From Ancient Stars – Nature’s Recipe For Creating Elements By Steven Nadis (Jan 16, 2007)

******************
jayabarat@tnt21.com [July 3, 2008]

Series Navigation

சி. ஜெயபாரதன், கனடா