Tài liệu: Mặt Trời chiếu sáng như thế nào

Trong tiến trình sáu tháng sau đó hay ngần ấy thời gian, Bethe đã đi tới những quá trình hạt nhân cơ bản mà qua đó hydrogen bị đốt cháy (hợp nhất) thành helium ở trong lõi sao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Mặt Trời chiếu sáng như thế nào Mặt Trời chiếu sáng như thế nào Trong tiến trình sáu tháng sau đó hay ngần ấy thời gian, Bethe đã đi tớinhững quá trình hạt nhân cơ bản mà qua đó hydrogen bị đốt cháy (hợp nhất)thành helium ở trong lõi sao. Hydrogen là thành phần dồi dào nhất của mặt trời vàcác sao tương tự, và thật ra là thành phần dồi dào nhất trong vũ trụ. Bethe đã mô tả các kết quả tính toán của ông trong một bài báo tựa đề là “Sựsản sinh năng lượng trong các sao”, đó là một bài báo đáng sợ khi đọc. Ông đã hốnghách phân tích các khả năng khác nhau cho các phản ứng đốt cháy hạt nhân vàchọn ra quan trọng nhất hai quá trình mà ngày nay chúng ta tin là nguyên nhâncho mặt trời tỏa sáng. Một quá trình, gọi là chuỗi p-p, tạo ra helium từ hydrogen vàlà nguồn năng lượng át trội trong các sao giống như mặt trời và các sao khối lượngnhỏ hơn. Chuỗi phản ứng p-p. Trong các mô hình lí thuyếtcủa mặt trời, chuỗi phản ứng hạt nhân p-p minh họa ởđây là nguồn gốc át trội của sự sản sinh năng lượng. Mỗiphản ứng được đặt tên theo con số ở góc trên bên tráikhung chứa nó. Trong phản ứng 1, hai hạt nhânhydrogen (1H, proton) hợp nhất, tạo ra một hạt nhânhydrogen nặng (2H, deuteron). Đây là cách đốt cháy hạtnhân bình thường bắt đầu trong mặt trời. Trong nhữngtình huống hiếm, quá trình bắt đầu bằng phản ứng 2.Các deuteron tạo ra trong phản ứng 1 và 2 hợp nhất vớiproton tạo ra một nguyên tố nhẹ thuộc helium (3He).Tại chỗ này, chuỗi p-p chia làm ba nhánh, có tần suấttương đối đươc chỉ rõ trong hình. Kết quả tổng hợp củachuỗi này là sự hợp nhất của bốn proton thành một hạtnhân helium bình thường (4He) với năng lượng giảiphóng trong ngôi sao tuân theo công thức Einstein. Cáchạt gọi là neutrino (n) được phát ra trong những quátrình hợp nhân này. Năng lượng của chúng được chỉ ratrong hình theo đơn vị triệu electron-volt (MeV). Các phản ứng 2 và 4 không được Hans Bethe bàn tới. Chu trình CNO, quá trình thứ hai cũng được xem xét bởi von Weizs äcker, làquan trọng nhất trong những ngôi sao nặng hơn mặt trời. Bethe đã sử dụng kếtquả của ông ước tính nhiệt độ tại tâm của mặt trời và thu được một giá trị trongphạm vi 20% cái hiện nay chúng ta tin là giá trị chính xác (16 triệu Kelvin). Hơnnữa, ông chỉ ra rằng cách tính của ông mang lại một mối quan hệ giữa khối lượngsao và độ sáng sao phù hợp thỏa đáng với các quan sát thiên văn sẵn có. Trong hai thập kỉ đầu sau khi kết thúc Thế chiến thứ hai, nhiều chi tiết quantrọng đã được bổ sung vào lí thuyết đốt cháy hạt nhân trong các sao của Bethe. Cácnhà vật lí và thiên văn vật lí nổi tiếng, nhất là A.G.W. Cameron, W.A. Fowler, F.Hoyle, E.E. Salpeter, M. Schwarzschild, và các đồng sự thực nghiệm của họ, hăm hởquay trở lại với câu hỏi các ngôi sao giống như mặt trời phát ra năng lượng nhưthế nào. Từ nghiên cứu của Bethe, câu trả lời đã rõ về nguyên tắc: mặt trời tạo ranăng lượng mà nó phát ra bằng sự đốt cháy hydrogen. Theo lí thuyết này, bêntrong mặt trời là một loại bom nhiệt hạch điều khiển được ở quy mô khổng lồ. Líthuyết đó đưa đến sự tính toán thành công độ sáng quan sát thấy ở các ngôi saotương tự như mặt trời và mang lại cơ sở cho sự hiểu biết hiện nay của chúng ta vềcách thức các ngôi sao tỏa sáng và tiến hóa theo thời gian. Ý tưởng sự hợp nhất hạtnhân cấp nguồn cho các ngôi sao là một trong những cột trụ của thiên văn học hiệnđại và được các nhà khoa học sử dụng đều đặn trong giải thích các quan sát sao vàthiên hà. W.A. Fowler, tức Willy như tên ông thường tự gọi, lãnh đạo một đội các đồngnghiệp tại Phòng thí nghiệm Caltech Kellogg của ông và các nhà vật lí đầy sáng tạotrên khắp thế giới đã đo hay tính các chi tiết quan trọng nhất của chuỗi p-p và chutrình CNO. Có nhiều việc để làm và các thí nghiệm và phép tính thật là khó. Nhưng,công việc đã được thực hiện vì việc tìm hiểu các chi tiết của sự sản sinh năng lượngmặt trời quá hấp dẫn. Đa số các cố gắng của Fowler và các đồng nghiệp của ông (M.Burbidge, G.R. Burbidge, F. Hoyle và A.G.W Cameron) sớm lệch hướng sang bàitoán làm thế nào các nguyên tố nặng, chúng cần thiết cho sự sống, được tạo ratrong các sao. Kiểm nghiệm giả thuyết đốt cháy hạt nhân Các tiến bộ khoa học là kết quả của sự xung đột giữa lí thuyết và thựcnghiệm, giữa sự suy đoán và đo lường. Eddington, cũng trong bài giảng mà trongđó lần đầu tiên ông bàn về sự đốt cháy của hạt nhân hydrogen trong các sao, nhậnxét: Tôi cho rằng các nhà toán học ứng dụng có lí thuyết chỉ qua một lần kiểmnghiệm vẫn cần kiểm tra nghiêm ngặt hơn nữa bằng quan sát không thể cảm thấyhài lòng, chứ đừng nói là chán nản. – Lại hỏng nữa rồi! Lần này tôi hi vọng tìm thấymột sự mâu thuẫn sẽ soi ánh sáng lên các điểm nơi mô hình của tôi có thể được cảitiến”. Liệu có phương pháp nào kiểm tra lí thuyết mặt trời tỏa sáng vì ở rất sâutrong lòng của nó, hydrogen bị đốt cháy thành helium ? Thoạt nghĩ, thật không thểnào thực hiện một phép kiểm tra trực tiếp giả thuyết đốt cháy hạt nhân. Ánh sángmất khoảng 10 triệu năm để thoát ra từ tâm mặt trời lên bề mặt và khi cuối cùngnó xuất hiện trong vùng ngoài cùng, ánh sáng chủ yếu cho chúng ta biết nhữngđiều kiện trong các vùng ngoài đó. Tuy nhiên, có một cách “nhìn” vào bên trongmặt trời với neutrino, các hạt kì lạ được phát hiện trong khi người ta đang cố gắngtìm hiểu một bí ẩn khác. Khám phá, xác nhận và bất ngờ Neutrino là một hạt hạ nguyên tử tương tác yếu với vật chất và truyền đi ởtốc độ về cơ bản là tốc độ ánh sáng. Neutrino được tạo ra trong các sao khi hạtnhân hydrogen đốt cháy thành hạt nhân helium; neutrino cũng được tạo ra trêntrái đất trong các máy gia tốc hạt, trong các lò phản ứng hạt nhân, và trong sựphóng xạ tự nhiên. Dựa trên công trình của Hans Bethe và các đồng sự của ông,chúng ta tin rằng quá trình mà các sao giống như mặt trời sản sinh ra năng lượngcó thể kí hi ...