የከዋክብት ኒውክሌር ውህደት ምላሽ መካኒዝሞች

የፕሮቶን-ፕሮቶን ሰንሰለት ምላሽ (proton-proton chain reaction)

ሰዎች በአብዛኛው የሚያውቁት የከዋክብት ኒውክሌር ውህደት ምላሽ ይህ ነው። የዲዩተሪየም ኒውክሊየስ የሆነው ዲዩተሮን(deuteron) አንድ ፕሮቶን($p$) እና አንድ ኒውትሮን($n$) በመዋሃድ ይፈጠራል። ስለዚህ ፕሮቶን እና ፕሮቶን ተዋህደው የዲዩተሪየም ኒውክሊየስ ለመሆን ከሁለቱ አንዱ ወደ ኒውትሮን መቀየር አለበት። እንግዲህ ፕሮቶን እንዴት ወደ ኒውትሮን ሊቀየር ይችላል?

• ኒውትሮን($n$) ወደ ፕሮቶን($p$) ሲቀየር ኤሌክትሮን($e⁻$) እና አንቲኒውትሪኖ($\nu_e$) የሚለቅበት ሂደት ‘ቤታ መበስበስ(Beta Decay)’ ነው። ይህን በምላሽ ስሌት እንዲህ ማለት ይቻላል፦ $n \rightarrow p + e^{-} + \overline{\nu_e}$።
• ፕሮቶን($p$) ወደ ኒውትሮን($n$) የሚቀየርበት ሂደት የቤታ መበስበስ ተቃራኒ ሂደት ነው። ስለዚህ ይህን ‘ተቃራኒ ቤታ መበስበስ’ ብለን እንጠራዋለን። እንግዲህ የተቃራኒ ቤታ መበስበስ ምላሽ ስሌት እንዴት ይመስላል? የኒውክሌር ምላሽ ስሌት ብለን ቢጠራም ልዩ ነገር የለውም። የፕሮቶንን እና የኒውትሮኑን ቦታ በመቀየር፣ ኤሌክትሮኑን በፖዚትሮን፣ አንቲኒውትሪኖውንም በኒውትሪኖ ብንቀይር ይበቃል። በስሌት እንዲህ ይጻፋል፦ $p \rightarrow n + e^{+} + \nu_e$።

ከላይ ባለው ሂደት የዲዩተሪየም ኒውክሊየስ ከተፈጠረ በኋላ $^2_1D + p \rightarrow {^3_2He}$ በሚለው ምላሽ ሄሊየም-3 ኒውክሊየስ ይፈጠራል፣ በመጨረሻም ሁለት ሄሊየም-3 ኒውክሊየሶች ተጋጭተው አንድ ሄሊየም-4 ኒውክሊየስ እና ሁለት ፕሮቶኖች ይፈጠራሉ።

በእውነቱ የፕሮቶን-ፕሮቶን ሰንሰለት ምላሽ መንገድ አንድ ብቻ አይደለም። ከላይ ያለው ጉዳይ በጣም ተወካይ ቢሆንም፣ ከዚህ በተጨማሪ ሌሎች ጥቂት መንገዶችም አሉ። ነገር ግን የቀሩት መንገዶች በፀሐይ ወይም ከፀሐይ ያነሰ ክብደት ባላቸው ከዋክብት ውስጥ የሚይዙት ድርሻ ከፍ አይደለም፣ እንዲሁም ክብደታቸው ከፀሐይ 1.5 እጥፍ በላይ በሆኑ ከዋክብት ውስጥ ከዚህ በኋላ የምንመለከተው የCNO ዑደት ከፕሮቶን-ፕሮቶን ሰንሰለት ምላሽ ይልቅ እጅግ ትልቅ ድርሻ ስለሚይዝ፣ እዚህ በተለይ አንነጋገርባቸውም።

ይህ የፕሮቶን-ፕሮቶን ሰንሰለት ምላሽ በአጠቃላይ ከ1000만K እስከ 1400만K ያህል የሙቀት መጠን ላይ በብዛት ይከሰታል። በፀሐይ ሁኔታ መሀል ያለው የሙቀት መጠን ወደ 1500만K ያህል ስለሆነ፣ የpp ሰንሰለት ምላሽ 98.3% ያህል ድርሻ ይይዛል።(የቀረው 1.3% ደግሞ በCNO ዑደት ይይዛል)

የካርቦን-ናይትሮጅን-ኦክሲጅን ዑደት (CNO Cycle)

የCNO ዑደት ምላሽ ማለት ካርቦን ፕሮቶን በመቀበል ወደ ናይትሮጅን መቀየሩን፣ ናይትሮጅንም እንዲሁ ፕሮቶን በመቀበል ወደ ኦክሲጅን መቀየሩን የሚያካትት ሂደት ሲሆን፣ በመጨረሻ አራት ፕሮቶኖችን ተቀብሎ አንድ ሄሊየም በመፍጠር እንደገና ወደ ካርቦን የሚመለስ ምላሽ ነው። ዋና ባህሪውም ካርቦን፣ ናይትሮጅን እና ኦክሲጅን እንደ ካታሊስት ያሉ ሚና መጫወታቸው ነው። ይህ የCNO ዑደት በንድፈ ሀሳብ ከፀሐይ ክብደት 1.5 እጥፍ በላይ ባላቸው ከዋክብት ውስጥ ዋና ሚና ይጫወታል። በከዋክብት ክብደት መሠረት የሚታየው የምላሽ ልዩነት የፕሮቶን-ፕሮቶን ሰንሰለት ምላሽ እና የCNO ዑደት በሙቀት ላይ ባላቸው የጥገኛነት ልዩነት የተነሳ ነው። የመጀመሪያው በአንጻራዊ ዝቅተኛ የ400만K አካባቢ ሙቀት ላይ ይጀምራል፣ የምላሹ ፍጥነትም ከሙቀቱ 4ኛ ኃይል ጋር ተመጣጣኝ ነው ተብሏል። ከዚህ በተቃራኒ ሁኔታ የኋለኛው በ1500만K ያህል ሙቀት ላይ ይጀምራል፣ ነገር ግን ለሙቀት እጅግ ስሜታዊ ስለሆነ(የምላሽ ፍጥነት ከሙቀት 16ኛ ኃይል ጋር ተመጣጣኝ ነው) 1700만K በላይ ባለ ሙቀት ውስጥ የCNO ዑደት ይበልጥ ትልቅ ድርሻ ይይዛል።

የምስል ምንጭ

• ደራሲ: የዊኪሚዲያ ተጠቃሚ RJHall
• ፈቃድ: CC BY-SA 3.0

የCNO ዑደት እንዲሁም የተለያዩ መንገዶች አሉት። በአጠቃላይ ዝቅተኛ-ሙቀት CNO ዑደት(በከዋክብት ውስጥ) እና ከፍተኛ-ሙቀት CNO ዑደት(ኖቫ፣ ሱፐርኖቫ) ተብለው ይከፈላሉ፣ በእያንዳንዱም ሁኔታ እንደገና ሦስት ወይም አራት ያህል የምላሽ መንገዶች አሉ። ሁሉንም የCNO ዑደት ምላሾች ማካተት ብፈልግም ለዚያ ይህ መጠን አይበቃም፣ ስለዚህ ከሁሉ መሠረታዊ የሆነውን CN ዑደት*፣ ማለትም CNO-I ብቻ እመለከታለሁ።

*O የሌለበት CN ዑደት የሚለው ስም የተሰጠው በዚያ ምላሽ ሂደት ውስጥ የኦክሲጅን የተረጋጋ አይሶቶፕ ስለማይኖር ነው።

ከላይ ባለው ምስል እንደሚታየው ካርቦን፣ ናይትሮጅን እና ኦክሲጅን በመዞር እንደ ካታሊስት ሚና ይጫወታሉ። ነገር ግን የምላሽ መንገዱ ምንም ይሁን ምን፣ አጠቃላይ የምላሹ ስሌት እና የሚለቀቀው ኃይል ጠቅላላ መጠን ተመሳሳይ ነው።

ተጨማሪ ንባቦች

• ፓክ ኢን-ጊዩ(Inkyu Park, የሴኡል ሲቲ ዩኒቨርሲቲ የፊዚክስ ክፍል ፕሮፌሰር), ኔቨር ካስት(Naver Cast) የፊዚክስ ሽርሽር: በፀሐይ ውስጥ ስንት ኒውትሪኖዎች ይፈጠራሉ?
• ዊኪፔዲያ, የፕሮቶን-ፕሮቶን ሰንሰለት(Proton-proton chain)
• ዊኪፔዲያ, የCNO ዑደት(CNO cycle)