مکانیزمی که فرآیند تشکیل ستاره‌های جدید را متوقف می‌کند
یک جرعه ازجهان دانش
بهارسادات موسوی
[ گزارش ازپژوهش های تازه ]
اخترشناسان مکانیزمی را کشف کرده‌اند که فرآیند تشکیل ستاره‌های جدید را در کهکشان‌های قدیمی متوقف می‌کند.
تلسکوپ فضایی جیمز وب اولین شواهدی را کشف کرد که نشان می‌دهد گسل‌های ناشی از سیاه‌چاله‌های پرجرم واقع در کهکشان‌های باستانی مقادیر زیادی گاز سرد را به محیط بین کهکشانی منتقل می‌کنند.
دانشمندان تیم تلسکوپ توضیح دادند که چرا فعالیت زیاد سیاهچالهها منجر به توقف کامل فرآیند تشکیل ستارگان جدید می‌شود.
روبرتو مایولینو، استاد دانشگاه کمبریج، می‌گوید: ما مدت‌ها پیش فرض می‌کردیم که سیاهچالهها تأثیر قابل‌توجهی بر ظاهر کهکشان‌ها دارند و نقش مهمی در توقف فرآیند تشکیل ستاره دارند، اما قبل از انجام این مطالعات با جیمز وب، نتوانستیم تأیید کنیم این فرضیه مستقیماً قابل تأیید است یا نه و این کشف تأیید دیگری بود که پرتاب «جیمز وب» یک جهش بزرگ در مطالعه جهان اولیه و تکامل آن بود.
دانشمندان پس از تجزیه و تحلیل داده‌های جمع آوری شده توسط تلسکوپ مداری جیمز وب آمریکایی در حین رصد کهکشان بزرگ باستانی GS — ۱۰۵۷۸، واقع در صورت فلکی Fornax، در فاصله ۱۱.۷ میلیارد سال نوری به این نتیجه رسیدند. مردم آن را همان‌گونه می‌بینند که در دوره‌های اول وجود کیهان بوده است، یعنی حدود دو میلیارد سال پس از انفجار بزرگ.
این جرم آسمانی از دیرباز توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است، زیرا کاندیدای ایفای نقش یکی از اجداد کهکشان‌های مرده مدرن است که به دلیل عدم وجود ذخایر بزرگ گاز سرد، ستاره‌ها در آن‌ها تشکیل نمی‌شوند. مطالعات انجام شده با کمک جیمز وب نشان داد که فرآیند‌های تشکیل ستاره در کهکشان GS — ۱۰۵۷۸ قبلا متوقف شده است و انتشارات از سیاهچاله عظیم در مرکز آن نقش مهمی در این امر ایفا می‌کند.
در نتیجه، کهکشان GS — ۱۰۵۷۸ بیش از ۹۰ درصد از ذخایر اولیه گاز سرد خود را از دست داد و تشکیل ستاره تقریباً در مدت زمان بسیار کوتاهی به طور کامل متوقف شد.
ستاره شناسان خاطرنشان می‌کنند که فرآیند تشکیل ستاره‌های جدید به روشی مشابه در حدود نیمی از کهکشان‌های نزدیک ما متوقف شده است، جایی که ذخایر زیادی از تجمع سرد گاز و غبار وجود ندارد. محققان امیدوارند که پیروی از GS — ۱۰۵۷۸ به آن‌ها کمک کند تا بفهمند چگونه انتشارات سیاهچالهها جریان‌های مواد ساختمانی ستاره‌ای را می‌کشند و این معمولاً در چه مرحله‌ای از تکامل کهکشان رخ می‌دهد، که برای درک چگونگی به دست آوردن ظاهر فعلی جهان بسیار مهم است.
تولید انبوه نانوسیم فلزی امکان‌پذیر می‌شود
براساس مقاله‌ای که در مجله Science منتشر شده، تیمی از دانشگاه ناگویا در ژاپن روش جدیدی برای تولید نانوسیم‌های فلزی کوچک (NWs) ارائه کرده است که پیش‌بینی می‌شود در الکترونیک نسل بعدی مورد استفاده قرار گیرد.
با این روش جدید، آن ها می‌توانند نانوسیم‌های فلزی خالص را در مقیاس انبوه تولید کنند.
تیمی به سرپرستی یاسوجیرو کیمورا در دانشگاه ناگویا با تولید نانوسیم‌های آلومینیومی از کریستال‌های منفرد با استفاده از انتشار اتمی در حالت فاز جامد، قدم بزرگی در این مسیر برداشته است. کیمورا با کمک تابش پرتو یونی این کار را انجام داده است.
این روش جدید با هدف افزایش راندمان تولید قطعات الکترونیکی از جمله سلول‌های خورشیدی، LEDها و مدار‌ها انجام می‌شود. این دستاورد در حالی که خلوص و کیفیت نانوسیم‌ها را حفظ می‌کند، تولید در حجم بالا را امکان‌پذیر می‌کند. معمولا تولید نانوسیم‌های فلزی بسیار دشوار است در حالی که آن ها از مهمترین اجزاء قطعات الکترونیکی هستند.
انتشار اتمی فرایندی است که توسط آن اتم‌ها یا مولکول‌ها از مناطق غلظت بالا به غلظت کم مهاجرت می‌کنند که این کار در پاسخ به تغییرات استرس است، که اغلب توسط گرما ایجاد می‌شود. این تیم سطح ورق‌های آلومینیومی نازک را مورد تابش یونی قرار می‌دهند و موجب زبری سطح به دلیل حضور دانه‌های کریستالی در سطح می‌شود. این امر توزیع استرس را تغییر داده و جریان اتم‌ها را هدایت می‌کند و منبع زیادی از مواد اولیه اتمی برای تشکیل NW در سایت‌های خاص ایجاد می‌کند.
مهاجرت به سمت بالای اتم‌ها از دانه‌های ریز در پایین به دانه‌های درشت در بالا، که توسط گرما و گرادیان استرس به وجود می‌آید، منجر به گسترش انبوه نانوسیم‌ها می‌شود.
یاسوجیرو کیمورا می‌گوید: «ما چگالی نانوسیم‌های آلومینیوم را از ۲ × ۱۰۵ نانوسیم در هر سانتی‌مترمربع به ۱۰۵ × ۱۸۰ در هر سانتی‌مترمربع افزایش دادیم. این دستاورد راه را برای روش‌های رشد نانوسیم فلزی از پایین به بالا، که تاکنون فقط به طور تصادفی و در مقادیر کمی رشد کرده‌اند، هموار می‌کند. همچنین می‌توان از آن برای تولید انواع نانوسیم‌های فلزی دیگر استفاده کرد.»
نانوسیم‌های آلومینیومی حاصل، با سطح عظیم، خصوصیات مکانیکی برتر، حاصل تشکیل کریستال‌های منفرد و مقاوم در برابر اکسیداسیون هستند. پیش‌بینی می‌شود که بتوان این نانوسیم‌ها را برای سیستم‌های نوری و سیستم‌های حسگری استفاده کرد.
تولید انبوه نانوسیم فلزی امکان‌پذیر می‌شود
براساس مقاله‌ای که در مجله Science منتشر شده، تیمی از دانشگاه ناگویا در ژاپن روش جدیدی برای تولید نانوسیم‌های فلزی کوچک (NWs) ارائه کرده است که پیش‌بینی می‌شود در الکترونیک نسل بعدی مورد استفاده قرار گیرد.
با این روش جدید، آن ها می‌توانند نانوسیم‌های فلزی خالص را در مقیاس انبوه تولید کنند.
تیمی به سرپرستی یاسوجیرو کیمورا در دانشگاه ناگویا با تولید نانوسیم‌های آلومینیومی از کریستال‌های منفرد با استفاده از انتشار اتمی در حالت فاز جامد، قدم بزرگی در این مسیر برداشته است. کیمورا با کمک تابش پرتو یونی این کار را انجام داده است.
این روش جدید با هدف افزایش راندمان تولید قطعات الکترونیکی از جمله سلول‌های خورشیدی، LEDها و مدار‌ها انجام می‌شود. این دستاورد در حالی که خلوص و کیفیت نانوسیم‌ها را حفظ می‌کند، تولید در حجم بالا را امکان‌پذیر می‌کند. معمولا تولید نانوسیم‌های فلزی بسیار دشوار است در حالی که آن ها از مهمترین اجزاء قطعات الکترونیکی هستند.
انتشار اتمی فرایندی است که توسط آن اتم‌ها یا مولکول‌ها از مناطق غلظت بالا به غلظت کم مهاجرت می‌کنند که این کار در پاسخ به تغییرات استرس است، که اغلب توسط گرما ایجاد می‌شود. این تیم سطح ورق‌های آلومینیومی نازک را مورد تابش یونی قرار می‌دهند و موجب زبری سطح به دلیل حضور دانه‌های کریستالی در سطح می‌شود. این امر توزیع استرس را تغییر داده و جریان اتم‌ها را هدایت می‌کند و منبع زیادی از مواد اولیه اتمی برای تشکیل NW در سایت‌های خاص ایجاد می‌کند.
مهاجرت به سمت بالای اتم‌ها از دانه‌های ریز در پایین به دانه‌های درشت در بالا، که توسط گرما و گرادیان استرس به وجود می‌آید، منجر به گسترش انبوه نانوسیم‌ها می‌شود.
یاسوجیرو کیمورا می‌گوید: «ما چگالی نانوسیم‌های آلومینیوم را از ۲ × ۱۰۵ نانوسیم در هر سانتی‌مترمربع به ۱۰۵ × ۱۸۰ در هر سانتی‌مترمربع افزایش دادیم. این دستاورد راه را برای روش‌های رشد نانوسیم فلزی از پایین به بالا، که تاکنون فقط به طور تصادفی و در مقادیر کمی رشد کرده‌اند، هموار می‌کند. همچنین می‌توان از آن برای تولید انواع نانوسیم‌های فلزی دیگر استفاده کرد.»
نانوسیم‌های آلومینیومی حاصل، با سطح عظیم، خصوصیات مکانیکی برتر، حاصل تشکیل کریستال‌های منفرد و مقاوم در برابر اکسیداسیون هستند. پیش‌بینی می‌شود که بتوان این نانوسیم‌ها را برای سیستم‌های نوری و سیستم‌های حسگری استفاده کرد.
اولین پیوند تک الکترونی کربن مشاهده شد
مدت‌هاست که دانشمندان در جستجوی پیوند تک الکترونی کربن — کربن بوده‌اند و حالا سرانجام جست و جوی آن ها به نتیجه رسیده است.
حدود ۹۰ سال پیش یک مهندس شیمی آمریکایی به نام لینوس پاولینگ(Linus Pauling) یک مفهوم منحصر به فرد را بیان کرد. او گفت که دو اتم لزوماً به دو یا چند الکترون برای تشکیل یک پیوند نیاز ندارند، بلکه یک پیوند کووالانسی الکترونی نیز می‌تواند وجود داشته باشد. در آن زمان پاولینگ به ابزارهای مورد نیاز برای مشاهده چنین پیوندهایی دسترسی نداشت، اما درستی نظریه او در سال ۱۹۹۸، زمانی که دانشمندان برای اولین بار یک پیوند الکترونی واحد را در فسفر کشف کردند، ثابت شد. از آن زمان چنین پیوندهایی در هیدروژن و عناصر دیگر نیز شناسایی شده است، اما هیچ دانشمندی هرگز با یک پیوند تک الکترونی کربن — کربن برخورد نکرده بود.
با این حال ، اکنون برای اولین بار، گروهی از محققان دانشگاه هوکایدو در ژاپن یک پیوند کووالانسی تک الکترونی را بین دو اتم کربن شناسایی کرده‌اندکه برخی از دانشمندان این کشف را معجزه می‌دانند.
دو اتم کربن تمایل به تشکیل پیوندهایی با اشتراک دو الکترون دارند. پیوندهای کووالانسی تک الکترونی به دلیل داشتن استحکام پیوند پایین، بسیار واکنش‌پذیر و کمتر پایدار هستند. همه این عوامل جداسازی اتم‌های کربنی که از طریق یک الکترون به هم پیوند خورده‌اند را بسیار دشوار می‌سازد. به همین دلیل است که نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند که اگرچه چندین مطالعه پیشگام پیوندهای تک الکترونی بین هترواتم‌ها را گزارش کرده‌اند، اما شواهد مستقیم برای پیوندهای تک‌الکترونی بین اتم‌های کربن مبهم باقی مانده بود. تنها راه ممکن برای انجام این کار، ایجاد ترکیبی بود که بتواند این پیوند را تثبیت کند. نویسندگان این مطالعه برای دستیابی به این هدف، یک واکنش اکسیداسیون مشتق هگزافنیل‌اتان(hexaphenylethane) را با استفاده از ید(iodine) انجام دادند. این مشتق حاوی یک پیوند کووالانسی الکترون زوجی بسیار بلند بین دو اتم کربن بود. این واکنش منجر به تشکیل بلورهای بنفش‌رنگ شد. هنگامی که محققان از روش پراش پرتو ایکس برای بررسی این بلورها استفاده کردند، متوجه شدند که این دو اتم کربن بلند به دلیل تشکیل یک پیوند کووالانسی تک الکترونی به هم نزدیکتر شده‌اند.
این نتایج بیشتر با استفاده از روش طیف‌سنجی رامان که روشی است که برای مطالعه آرایش مولکولی و آرایش مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد، بررسی شد. نتایج این تحلیل وجود پیوند تک الکترونی میان دو اتم کربن(C — C) را تایید کرد.
تاکویا شیماجیری(Takuya Shimajiri) نویسنده ارشد این مطالعه و استادیار دانشگاه توکیو گفت: این نتایج اولین شواهد تجربی برای پیوند کووالانسی تک‌الکترونی کربن — کربن را نشان می‌دهند که می‌توان انتظار داشت راه را برای پیشرفت‌های بیشتر در شیمی این نوع پیوند هموار کند.
گفتنی است ؛ کربن عنصری ضروری برای زندگی و بسیاری از چیزهایی است که از حیات روی زمین پشتیبانی می‌کنند. از سلول‌های بدن گرفته تا خودرویی که سوار می‌شویم و غذایی که می‌خوریم، تقریباً هر چیزی که می‌بینیم و استفاده می‌کنیم از کربن ساخته شده است.
یوسوکه ایشیگاکی(Yusuke Ishigaki) یکی از پژوهشگران این مطالعه و استاد دانشگاه هوکایدو می‌گوید: یافته‌های کنونی اهمیت دارند، زیرا روشن کردن ماهیت پیوندهای تک الکترونی بین دو اتم کربن برای به دست آوردن درک عمیق‌تر از نظریه‌های پیوند شیمیایی ضروری است و بینش بیشتری در مورد واکنش‌های شیمیایی ارائه می‌کند. با این حال، نویسندگان این مطالعه مطمئن نیستند که آیا تحقیقات آن ها می‌تواند به برخی از کاربردهای عملی منجر شود یا خیر. این مطالعه در مجله «نیچر»(Nature) منتشر شده است.
نقش ماهواره‌های کوچک در پروژه‌های بزرگ فضایی
برخی از ماهواره‌ها با وجود این که کوچک هستند اما می‌توانند روند اکتشافات فضایی را تغییر دهند و نقش قابل توجهی را در پژوهش‌های فضایی ایفا کنند.
وزن بیشتر ماهواره‌های کوچک موسوم به «کیوبست»(CubeSat) کمتر از وزن یک توپ بولینگ است و برخی از آن ها به قدری کوچک هستند که در دست جا می‌شوند اما تاثیری که این ماهواره‌ها بر اکتشافات فضایی می‌گذارند، بسیار بزرگ است.
به نقل از ادونسد ساینس نیوز، این ماهواره‌های مینیاتوری، سریع و ارزان‌قیمت در حال متحول کردن نحوه مطالعه دانشمندان درباره کیهان هستند. یک کیوبست با اندازه استاندارد، کوچک است و وزن آن به حدود ۱.۸ کیلوگرم می‌رسد. برخی از کیوبست‌ها بزرگ‌تر و شاید چهار برابر اندازه استاندارد هستند اما وزن برخی دیگر حتی به یک کیلوگرم نمی‌رسد.
کیوبست‌ها یک راه ساده‌تر و به مراتب کم‌هزینه‌تر برای دسترسی به دنیاهای دیگر هستند. این ماهواره‌های کوچک به‌جای حمل کردن تجهیزات زیاد با اهداف گسترده، معمولا روی یک هدف علمی خاص — خواه کشف سیارات فراخورشیدی و خواه اندازه‌گیری ابعاد یک سیارک — متمرکز می‌شوند. آن ها در سراسر جامعه فضایی حتی برای استارت‌آپ‌های کوچک، شرکت‌های خصوصی و آزمایشگاه‌های دانشگاهی به عنوان فناوری‌های فضایی مقرون‌به‌صرفه در نظر گرفته می‌شوند.
مزایای کیوبست‌ها نسبت به ماهواره‌های بزرگ‌تر قابل توجه است. توسعه و آزمایش آن ها ارزان‌تر است. صرفه‌جویی در زمان و هزینه به معنای انجام دادن ماموریت‌های مکرر و متنوع‌تر همراه با خطر کمتر است. این ویژگی به تنهایی سرعت اکتشاف فضایی را افزایش می‌دهد.
کیوبست‌ها با قدرت خود سفر نمی‌کنند. در عوض، آن ها سواری می‌گیرند. کیوبست‌ها بخشی از محموله یک فضاپیمای بزرگ‌تر می‌شوند. آن ها در محفظه مخصوص قرار می‌گیرند و توسط یک مکانیسم فنری به فضا پرتاب می‌شوند. هنگامی که کیوبست‌ها به فضا می‌رسند، روشن می‌شوند. آن ها معمولا ماموریت‌های خود را با سوختن هنگام ورود به جو زمین به پایان می‌رسانند.
