सूर्य का प्रकाश परमाणु संलयन के कारण होता है, जो मुख्य रूप से हाइड्रोजन को हीलियम में परिवर्तित करता है। हालांकि, तारे आगे की प्रक्रियाओं से गुजर सकते हैं, जिससे बहुत अधिक भारी तत्व बन सकते हैं। छवि क्रेडिट: नासा / एसडीओ।

स्टारस्टफ के 60 साल

कैसे मानवता की खोज की जहां हमारे तत्व आते हैं।

यह लेख पेन्सिलवेनिया में विज्ञान विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी पॉल हेल्पर द्वारा लिखा गया था। पॉल नई किताब द क्वांटम लैब्रिंथ: हाउ रिचर्ड फेनमैन और जॉन व्हीलर रिवॉल्यूशन टाइम एंड रियलिटी के लेखक हैं।

"आप यहाँ नहीं हो सकते अगर सितारों में विस्फोट नहीं हुआ था, क्योंकि तत्व - कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, लोहा, सभी चीजें जो विकास और जीवन के लिए मायने रखती हैं - समय की शुरुआत में नहीं बनाई गई थीं। वे तारों की परमाणु भट्टियों में बनाए गए थे, और उनके शरीर में आने का एकमात्र तरीका यह है कि अगर उन तारों को विस्फोट करने के लिए पर्याप्त… ”-लवारेस क्रूस

विज्ञान में, आपको सबसे अविश्वसनीय चीजों को सही करने के लिए सब कुछ ठीक करने की आवश्यकता नहीं है। कभी-कभी अच्छे विचार एक असफल प्रतिमान से निकलते हैं। दोनों का एक उत्कृष्ट उदाहरण 1957 में प्रकाशित ग्राउंडरिंग स्टेलर न्यूक्लियोसिंथेसिस पेपर (सरल लोगों से जटिल नाभिक का निर्माण) है, जिसे चार लेखकों के शुरुआती दिनों के बाद बी 2 एफएच के रूप में जाना जाता है। पहली बार, इसने तत्व निर्माण के एक सफल मॉडल की पेशकश की। इसे बिग बैंग की आवश्यकता से बचने के लिए और स्टेडी स्टेट सिद्धांत नामक वैकल्पिक स्पष्टीकरण का समर्थन करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। आज, जबकि स्टेट स्टेट सिद्धांत अतीत का अवशेष है, स्टेलर न्यूक्लियोसिंथेसिस बिग बैंग सिद्धांत को एक सफल, व्यापक विवरण में बताता है कि ब्रह्मांड के सभी तत्वों को प्राथमिक कणों से कैसे बनाया गया था।

यह इतिहास का एक जिज्ञासु तथ्य है कि पहली बार एक खगोलशास्त्री ने यूनिवर्स के शुरुआती चरणों का वर्णन करने के लिए "बिग बैंग" शब्द का इस्तेमाल किया था, उनका मतलब था कि यह व्युत्पन्न है। कैम्ब्रिज के शोधकर्ता फ्रेड हॉयल ("एच" पिवटल पेपर में), जिन्होंने 1948 में बीबीसी रेडियो साक्षात्कार में अभिव्यक्ति को गढ़ा, ब्रह्मांड में सभी मामलों के विचार एक बार में उभरे, जैसे कि एक कॉलोस्कोपिक ब्रह्मांडीय पिनाटा का अचानक फट जाना, सावधानीपूर्वक उपहास करना।

फ्रेड हॉयल 1940 और 1950 के दशक में बीबीसी रेडियो कार्यक्रमों में एक नियमित थे, और तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस के क्षेत्र में सबसे प्रभावशाली आंकड़ों में से एक था। छवि क्रेडिट: ब्रिटिश ब्रॉडकास्टिंग कंपनी।

जबकि वह एक विस्तृत ब्रह्मांड में विश्वास करता था, उसने सोचा कि यह हमेशा समीपता की एक स्थिर अवस्था में बना रहेगा, जिसमें ताजा पदार्थ की धीमी गति के साथ अंतराल को भरना है - एक बढ़ते बच्चे के लिए बदले हुए सूट में नए बटन जोड़ने वाले दर्जी के समान।

बिग बैंग में, विस्तारित यूनिवर्स समय के साथ पतला होने का कारण बनता है, जबकि स्टेडी-स्टेट थ्योरी में, निरंतर पदार्थ निर्माण सुनिश्चित करता है कि घनत्व समय के साथ स्थिर रहता है। छवि क्रेडिट: ई। साइगल

हॉली की स्टेडी स्टेट योजना के साथ मुख्य समस्याओं में से एक, थॉमस गोल्ड और हरमन बॉडी के साथ सह-विकसित, यह बता रहा था कि धीरे-धीरे अंतरिक्ष में रिसने वाले ठंडे, प्राथमिक कण उच्च तत्वों में कैसे स्थानांतरित हो सकते हैं। उस डोमेन में, बिग बैंग सिद्धांत, पहले, सभी उत्तर होने का दावा करता था। जॉर्ज गामो ने अपने छात्र राल्फ अल्फ़र के साथ बिग बैंग न्यूक्लियोसिनसिस के माध्यम से तत्व निर्माण की संपूर्णता को स्पष्ट करने के लिए बताया। यही है, उन्होंने तर्क दिया कि बिग बैंग के अग्नि पुंज सरल हाइड्रोजन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन भवन ब्लॉकों से बाहर यूरेनियम के माध्यम से हाइड्रोजन से प्राकृतिक रासायनिक तत्वों के सभी जाली है। उन्होंने अप्रैल 1948 में छपे एक महत्वपूर्ण पेपर "रासायनिक तत्वों की उत्पत्ति" में अपना काम प्रकाशित किया।

1930/1931 में ब्रैग प्रयोगशाला में दाईं ओर (पाइप के साथ) खड़े जॉर्ज गामोव। छवि क्रेडिट: सर्ज लाचिनोव।

गामो में हास्य की एक अद्भुत भावना थी और व्यावहारिक चुटकुले खेलना पसंद करते थे। यह देखते हुए कि अल्फ़र का नाम और उसका नाम ग्रीक वर्णमाला, अल्फा और गामा के पहले और तीसरे अक्षर से मिलता-जुलता है, जब उन्होंने पेपर जमा किया, तो उन्होंने भौतिक विज्ञानी हंस बेथ के नाम को जोड़ने का फैसला किया, जो दूसरे लेखक के रूप में बीटा की तरह लग रहा था। बेथ का पेपर से कोई लेना-देना नहीं था। हालांकि, वह न्यूक्लियोसिंथेसिस में एक विशेषज्ञ था, इसलिए यह विचार उतना पागल नहीं था जितना कि यह लग रहा था। इसलिए सेमल लेख को सार्वभौमिक रूप से अल्फा-बीटा-गामा पेपर के रूप में जाना जाता है। (जब एक अन्य स्नातक छात्र रॉबर्ट हरमन टीम में शामिल हुए, तो गामो ने मजाक में सुझाव दिया कि वह अपना नाम बदलकर "डेल्टर" कर लें, बस फिट होने के लिए)

1948 का प्रसिद्ध अल्फेयर-बेथे-गामो पेपर, जिसमें बिग बैंग न्यूक्लियोसिनसिस के कुछ महीन बिंदुओं का विस्तार किया गया था। प्रकाश तत्वों की सही भविष्यवाणी की गई थी; भारी तत्व नहीं थे। छवि क्रेडिट: शारीरिक समीक्षा (1948)।

अपने चतुर शब्दप्रमाण के साथ-साथ अपने उपन्यास विचार पर गर्व करते हुए, गामो ने अपने मित्र स्वीडिश भौतिक विज्ञानी ऑस्कर क्लिन को कागज की एक प्रति भेजी, जिसमें उन्हें इसके महत्व की सलाह दी गई। "ऐसा लगता है कि यह 'वर्णमाला' लेख तत्व उत्पादन के अल्फा से ओमेगा का प्रतिनिधित्व कर सकता है," गामो ने लिखा है। "तुम्हे यह कैसा लगा?" क्लेन ने तब जवाब दिया:

“मुझे अपने आकर्षक वर्णमाला पत्र भेजने के लिए बहुत-बहुत धन्यवाद। हालांकि, क्या आप मुझे इसकी अनुमति देंगे कि तत्व उत्पादन के अल्फा से लेकर ओमेगा तक का प्रतिनिधित्व करने में कुछ संदेह हो। जहां तक ​​गामा जाता है, मैं आपके साथ पूरी तरह से सहमत हूं और यह उज्ज्वल शुरुआत वास्तव में सबसे अधिक आशाजनक लग रही है, लेकिन आगे के विकास के रूप में मैं कठिनाइयों को देखता हूं। "

वास्तव में, क्लेन की प्रतिक्रिया उपयुक्त थी। अल्फा-बीटा-गामा पेपर शाब्दिक रूप से केवल पहले तीन तत्वों की व्याख्या कर सकता है: हाइड्रोजन, हीलियम, और (एक सीमित सीमा तक) लिथियम। अगले आइसोटोप में वृद्धि करने के लिए एक प्रोटॉन, न्यूट्रॉन या ड्यूटेरॉन (प्रोटॉन-न्यूट्रॉन संयोजन) को जोड़कर, सीढ़ी के जंगलों की तरह, इन्हें चरण-दर-चरण बनाया जा सकता है। लिथियम उत्पादन के अलावा एक घातक समस्या थी: परमाणु द्रव्यमान (प्रोटॉन प्लस न्यूट्रॉन की राशि) के पांच या आठ स्थिर आइसोटोप नहीं थे!

  • हीलियम -5 या लिथियम -5 बनाने के लिए एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन को हीलियम -4 में शामिल करने से या तो 10-12 सेकंड से भी कम समय में क्षय हो जाएगा।
  • बेरिलियम -8 बनाने के लिए एक साथ दो हीलियम -4 नाभिक जोड़ने से सिर्फ 10-16 सेकंड के भीतर क्षय हो जाता है।

पांच या आठ के माध्यम से एक अच्छा कदम के बिना, आगे बढ़ने के लिए कोई अच्छा तरीका नहीं था। उदाहरण के लिए, कोई रास्ता नहीं था, कार्बन को इकट्ठा किया जा सकता था, विशेष रूप से सीमित समय में ब्रह्मांड अपने सबसे गर्म स्थान पर था। जब आपने उच्चतर, भारी तत्वों के बारे में सोचा, तो समस्या केवल और अधिक कठिन हो गई। बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस सीढ़ी में महत्वपूर्ण रंज गायब थे जो इसे पूरे आवर्त सारणी के पूर्ण विवरण के रूप में दर्शाते थे।

बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस की भविष्यवाणी के रूप में हीलियम -4, ड्यूटेरियम, हीलियम -3 और लिथियम -7 की बहुतायत लाल घेरे में दिखाई गई टिप्पणियों के साथ है। हालांकि कुछ तत्व बिग बैंग द्वारा बनाए गए हैं, लेकिन ज्यादातर आवर्त सारणी नहीं है। छवि क्रेडिट: नासा / WMAP विज्ञान टीम।

इस बीच, होयल ने अपनी स्वयं की परिकल्पना को आगे बढ़ाया कि सभी उच्च तत्व हीलियम से परे लाल विशाल सितारों में उत्पन्न हुए थे। एक दशक के दौरान, 1940 के दशक के मध्य से 1950 के दशक के मध्य तक, उन्होंने विभिन्न प्रकार की परमाणु प्रक्रियाओं पर विचार करना शुरू कर दिया, जो कि उच्च स्तर के तत्वों, जैसे कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के रूप में उग्र तारकीय कोर का निर्माण कर सकती थीं। इन्हें लंबे समय तक अत्यधिक उच्च तापमान की आवश्यकता होती है।

Caltech में, CC (चार्ल्स क्रिश्चियन) लॉरिटसेन, एक डेनिश परमाणु भौतिक विज्ञानी, ने WK Kellogg Radiation Laboratory नामक एक शक्तिशाली परमाणु संरचना केंद्र स्थापित किया था। 1950 के दशक में शोधकर्ताओं ने लॉरिट्सन के स्नातक छात्र विलियम फाउलर, और लॉरिटसेन के बेटे थॉमस, जो अपने आप में एक कुशल भौतिक विज्ञानी थे। परमाणु कणों की गति बढ़ाने और कणों को परमाणु लक्ष्य की ओर बढ़ाने के लिए लैब प्रतिष्ठित हो गई, जिससे कुछ मामलों में संक्रमण हुआ।

Caltech में WK केलॉग रेडियेशन लेबोरेटरी में विली फाउलर, जिसने होयल स्टेट के अस्तित्व और ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया की पुष्टि की। छवि क्रेडिट: कैलटेक अभिलेखागार।

केलॉग लैब की क्षमता से आकर्षित, होलिक ने कैलटेक के लिए कई लंबी यात्राओं की व्यवस्था की, जो 1953 में शुरू हुई थी। लैब में पहुंचने पर उन्होंने तुरंत शोधकर्ताओं को चुनौती दी कि वे कार्बन -12 के लंबे समय तक उत्तेजित अवस्था की अपनी परिकल्पना की जांच करें। तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस में एक महत्वपूर्ण कदम। फाउलर, दो लॉरिस्टेंस और सीडब्ल्यू कुक नामक एक अन्य भौतिक विज्ञानी ने उस राज्य का पता लगाने के लिए इसे स्थापित करने के लिए बहुत जल्द ही प्रबंधन किया। कि हॉयल, फाउलर और अन्य लोगों के बीच अत्यधिक आकर्षक सहयोग शुरू हुआ। वे जल्द ही ब्रिटिश खगोलविदों ई। मार्गरेट और जेफ्री बर्बिज की पत्नी और पति की टीम में शामिल हो गए, जिन्होंने कैम्ब्रिज में हॉयल के साथ काम किया था।

मार्गरेट और जेफ्री बर्बिज, तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस के क्षेत्र में अग्रणी हैं। छवि क्रेडिट: कैलटेक अभिलेखागार।

30 दिसंबर, 1956 को, केलॉग में तत्व संक्रामण कार्य, जिसमें डीबोन के साथ कार्बन बम बनाना शामिल था, को न्यू यॉर्क टाइम्स में बिग बैंग के विपरीत स्टेडी स्टेट सिद्धांत के लिए सबूत के रूप में चित्रित किया गया था। उस वर्ष अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी की वार्षिक बैठक में थॉमस लॉरिटसेन द्वारा दी गई बात का जिक्र करते हुए, इसकी हेडलाइन पढ़ी, “फिजिसिस्ट हेल्स ऑफ कार्बन; ट्रांसमिटेशन को यूनिवर्स की उत्पत्ति की व्याख्या करने में मदद के रूप में लिया जाता है; 'बिग बैंग' थ्योरी हिट। "

तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस की सफलता की घोषणा की सुर्खियां ... और भारी तत्वों की अल्फा-बीटा-गामा भविष्यवाणियों का उपयोग। छवि क्रेडिट: न्यूयॉर्क टाइम्स

एक साल से भी कम समय के बाद, 1 अक्टूबर, 1957 को दो बुर्ब्स, फाउलर, और होयल (B publishedFH) ने मॉडर्न फिजिक्स की समीक्षा में सेमिनार पेपर "स्टार्स में तत्वों का संश्लेषण" प्रकाशित किया। हॉयल की सैद्धांतिक विशेषज्ञता पर आकर्षित, बर्बरीस के अवलोकन संबंधी ज्ञान, और फाउलर की प्रयोगात्मक प्रगति (जो उन्होंने सीसी लॉरिटसेन से भाग में ली थी), पेपर एक शानदार प्रदर्शनी थी कि तत्वों का निर्माण कैसे किया गया था, इनको विभिन्न प्रक्रियाओं में विभाजित किया गया था, हाइड्रोजन जलने और हीलियम जलाने के साथ शुरू करना, और तथाकथित "एस" (धीमी न्यूट्रॉन कैप्चर), "आर" (रैपिड न्यूट्रॉन कैप्चर) और "पी" (प्रोटॉन कैप्चर) प्रक्रियाओं को जारी रखना उच्च तत्वों को शामिल करता है।

तत्वों को बनाने के तरीके - स्थिर और अस्थिर - तारों में न्यूक्लियोसिंथेसिस से। इमेज क्रेडिट: वूसली, आर्नेट और क्लेटन (1974), एस्ट्रोफिजिकल जर्नल।

उन्होंने दिखाया कि कैसे उम्र बढ़ने वाले तारे बड़े पैमाने पर थे, जैसे कि रेड जायंट्स और सुपरजायंट्स, अपने कोर में लोहे तक सभी तत्वों को बनाने के लिए इसे ऊर्जावान रूप से संभव पा सकते थे। एक सुपरनोवा विस्फोट की चरम स्थितियों में सम-उच्च तत्वों का उत्पादन किया जा सकता है, जिस पर तत्वों का पूरा सरगम ​​अंतरिक्ष में छोड़ा जाएगा।

एक सुपरनोवा अवशेष विस्फोट में बनाए गए भारी तत्वों को न केवल ब्रह्मांड में वापस लाता है, बल्कि पृथ्वी से उन तत्वों की उपस्थिति का पता लगाया जा सकता है। छवि क्रेडिट: नासा / चंद्रा एक्स-रे वेधशाला।

अन्यथा उत्कृष्ट लेख की प्रमुख सीमा अंतरिक्ष में हीलियम की भारी मात्रा की भविष्यवाणी करने में इसकी विफलता थी। यद्यपि सभी तारे हाइड्रोजन से हीलियम में फ्यूज करते हैं, लेकिन वे केवल एक ब्रह्माण्ड का निर्माण करेंगे, जो आज बड़े पैमाने पर 5% हीलियम से कम है। फिर भी हम एक ऐसे ब्रह्मांड का निरीक्षण करते हैं जहां 25% से अधिक द्रव्यमान हीलियम है। उस प्रतिशत का उत्पादन करने के लिए, हॉट बिग बैंग की जरूरत थी। वास्तविक हाइड्रोजन-हीलियम अनुपात के साथ बिग बैंग की भविष्यवाणियों का घनिष्ठ मेल, साथ ही साथ अरको पेन्ज़ियास और कॉस्मिक पृष्ठभूमि विकिरण के रॉबर्ट विल्सन द्वारा 1965 की खोज, प्रारंभिक ब्रह्मांड से विकिरण के "हिस" को ठंडा किया, मुख्यधारा को पुख्ता किया। स्टेडी राज्य के ऊपर बिग बैंग के खगोलविदों का समर्थन।

1960 के दशक के मध्य में, Hoyle और Burbidges ने मूल Steady State सिद्धांत को छोड़ दिया, लेकिन Hoyle के छात्र जयंत नार्लीकर ने "छोटी बैंग्स" के साथ एक विकल्प विकसित किया जिसे अर्ध-स्थिर अवस्था कहा जाता है। 2001 में अपनी मृत्यु तक, होयल ने उस सिद्धांत को जारी रखा। जबकि फाउलर ने सामान्य रूप से अपने परमाणु अनुसंधान के लिए नोबेल पुरस्कार जीता, निश्चित रूप से होयल और बर्बरीस ने अपने सेमिनल योगदान के लिए अपेक्षाकृत कम श्रेय प्राप्त किया।

2007 में, वर्जीनिया ट्रिम्बल के साथ, मैंने B .FH पेपर की 50 वीं वर्षगांठ के सम्मान में एक अमेरिकन फिजिकल सोसायटी की बैठक में एक सत्र आयोजित करने में मदद की। जेफ्री बर्बिज, तब तक खराब स्वास्थ्य में, एक नर्स द्वारा सहायता प्राप्त, और एक व्हीलचेयर तक सीमित, उपस्थित थे और एक बात दी। उसकी आत्मा और आवाज हमेशा की तरह मजबूत थी। मुझे याद है कि वह बिग बैंग के बारे में बात कर रहे थे, जिसमें एक चट्टान पर उनके नेता का पीछा करने से मनमुटाव हो रहा था। तीन साल से कम समय के बाद उनकी मृत्यु हो गई।

आज मार्गरेट बर्बिज, 97 वर्ष की उम्र में, अभी भी जीवित केवल कागज के एकमात्र लेखक हैं, क्योंकि हम इसकी 60 वीं वर्षगांठ मनाते हैं। आइए प्रो। बर्बिज और उसके दिवंगत सहयोगियों के लिए एक टोस्ट बढ़ाएं, उस क्षण के जश्न में, जब मानव जाति को एहसास हुआ कि यह स्टार सामान से बना है!

ए बैंग विद ए बैंग्स फोर्ब्स पर आधारित है, जो हमारे पैट्रोन समर्थकों के लिए मध्यम धन्यवाद पर पुनर्प्रकाशित है। ऑर्डर एथन की पहली किताब, बियॉन्ड द गैलेक्सी, और प्री-ऑर्डर उसकी अगली, ट्रेकोनोलॉजी: द साइंस ऑफ़ स्टार ट्रेक टू ट्राइक्रीडर्स से ताना ड्राइव तक!