আলফা প্রক্রিয়া

আলফা প্রক্রিয়ার মাধ্যমে কার্বনের চেয়ে ভারী মৌলসমূহের সৃষ্টি

আলফা প্রক্রিয়া, যা আলফা ক্যাপচার বা আলফা ল্যাডার নামেও পরিচিত, হলো নিউক্লীয় সংযোজন বিক্রিয়ার দুটি শ্রেণির একটি, যার মাধ্যমে নক্ষত্র হিলিয়ামকে আরও ভারী মৌলে রূপান্তরিত করে। অন্য শ্রেণিটি হলো বিক্রিয়ার একটি চক্র যাকে ট্রিপল-আলফা প্রক্রিয়া বলা হয়, যা শুধুমাত্র হিলিয়াম গ্রহণ করে এবং কার্বন উৎপন্ন করে। আলফা প্রক্রিয়া সাধারণত বিশাল নক্ষত্র এবং সুপারনোভা বিস্ফোরণের সময় ঘটে।

উভয় প্রক্রিয়ার আগেই হাইড্রোজেন সংযোজন ঘটে, যা হিলিয়াম উৎপন্ন করে এবং এই হিলিয়ামই ট্রিপল-আলফা প্রক্রিয়া ও আলফা ল্যাডার প্রক্রিয়ার জ্বালানি হিসেবে কাজ করে। ট্রিপল-আলফা প্রক্রিয়া পর্যাপ্ত কার্বন উৎপন্ন করার পর, আলফা-ল্যাডার শুরু হয় এবং নিচে তালিকাভুক্ত ক্রমানুসারে ক্রমশ ভারী মৌলগুলোর সংযোজন বিক্রিয়া ঘটতে থাকে। প্রতিটি ধাপ শুধুমাত্র পূর্ববর্তী বিক্রিয়ার উৎপাদ এবং হিলিয়াম গ্রহণ করে। কোনো নির্দিষ্ট নক্ষত্রে পরবর্তী পর্যায়ের বিক্রিয়াগুলো শুরু হতে পারলে, সেগুলো নক্ষত্রের বাইরের স্তরে পূর্ববর্তী পর্যায়ের বিক্রিয়াগুলো চলমান থাকা অবস্থাতেই শুরু হয়।

$\begin{array}{ll}{\phantom{A}}_{\phantom{6}}^{\phantom{12}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}6}^{\phantom{2}12}\mathrm{C}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{8}}^{\phantom{16}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}8}^{\phantom{2}16}\mathrm{O}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{7}\mathsf{.}\mathsf{1}\mathsf{6}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{8}}^{\phantom{16}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}8}^{\phantom{2}16}\mathrm{O}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{10}}^{\phantom{20}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}10}^{\phantom{2}20}\mathrm{N}\mathrm{e}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{4}\mathsf{.}\mathsf{7}\mathsf{3}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{10}}^{\phantom{20}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}10}^{\phantom{2}20}\mathrm{N}\mathrm{e}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{12}}^{\phantom{24}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}12}^{\phantom{2}24}\mathrm{M}\mathrm{g}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{9}\mathsf{.}\mathsf{3}\mathsf{2}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{12}}^{\phantom{24}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}12}^{\phantom{2}24}\mathrm{M}\mathrm{g}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{14}}^{\phantom{28}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}14}^{\phantom{2}28}\mathrm{S}\mathrm{i}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{9}\mathsf{.}\mathsf{9}\mathsf{8}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{14}}^{\phantom{28}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}14}^{\phantom{2}28}\mathrm{S}\mathrm{i}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{16}}^{\phantom{32}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}16}^{\phantom{2}32}\mathrm{S}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{6}\mathsf{.}\mathsf{9}\mathsf{5}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{16}}^{\phantom{32}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}16}^{\phantom{2}32}\mathrm{S}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{18}}^{\phantom{36}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}18}^{\phantom{2}36}\mathrm{A}\mathrm{r}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{6}\mathsf{.}\mathsf{6}\mathsf{4}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{18}}^{\phantom{36}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}18}^{\phantom{2}36}\mathrm{A}\mathrm{r}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{20}}^{\phantom{40}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}20}^{\phantom{2}40}\mathrm{C}\mathrm{a}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{7}\mathsf{.}\mathsf{0}\mathsf{4}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{20}}^{\phantom{40}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}20}^{\phantom{2}40}\mathrm{C}\mathrm{a}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{22}}^{\phantom{44}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}22}^{\phantom{2}44}\mathrm{T}\mathrm{i}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{5}\mathsf{.}\mathsf{1}\mathsf{3}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{22}}^{\phantom{44}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}22}^{\phantom{2}44}\mathrm{T}\mathrm{i}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{24}}^{\phantom{48}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}24}^{\phantom{2}48}\mathrm{C}\mathrm{r}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{7}\mathsf{.}\mathsf{7}\mathsf{0}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{24}}^{\phantom{48}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}24}^{\phantom{2}48}\mathrm{C}\mathrm{r}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{26}}^{\phantom{52}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}26}^{\phantom{2}52}\mathrm{F}\mathrm{e}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{7}\mathsf{.}\mathsf{9}\mathsf{4}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{26}}^{\phantom{52}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}26}^{\phantom{2}52}\mathrm{F}\mathrm{e}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{28}}^{\phantom{56}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}28}^{\phantom{2}56}\mathrm{N}\mathrm{i}+\mathrm{\gamma },& E=\mathsf{8}\mathsf{.}\mathsf{0}\mathsf{0}\mathsf{M}\mathsf{e}\mathsf{V}\end{array}$

প্রতিটি বিক্রিয়া দ্বারা উৎপন্ন শক্তি, E, মূলত গামা রশ্মি (γ) আকারে নির্গত হয়, যার সামান্য অংশ উপজাত মৌলটি অতিরিক্ত ভরবেগ হিসেবে গ্রহণ করে।

বিভিন্ন নিউক্লাইডের জন্য নিউক্লিয়ন প্রতি বন্ধন শক্তি। এখানে ⁶²Ni তালিকাভুক্ত নয়, যার বন্ধন শক্তি সর্বোচ্চ ৮.৭৯৪৫ MeV।

এটি একটি সাধারণ ভুল ধারণা যে উপরের ক্রমটি ${}_{28}^{56}\mathrm{N}\mathrm{i}$ (বা ${}_{26}^{56}\mathrm{F}\mathrm{e}$, যা ${}_{28}^{56}\mathrm{N}\mathrm{i}$-এর একটি ক্ষয়জাত পণ্য) এ গিয়ে শেষ হয়, কারণ এটি সবচেয়ে দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ নিউক্লাইড – অর্থাৎ, নিউক্লিয়ন প্রতি সর্বোচ্চ নিউক্লীয় বন্ধন শক্তি সম্পন্ন নিউক্লাইড – এবং ভারী নিউক্লিয়াস উৎপাদন শক্তি গ্রহণ করবে (তাপহারী) পরিবর্তে শক্তি নির্গত করার (তাপোৎপাদী)। ${}_{28}^{62}\mathrm{N}\mathrm{i}$ (নিকেল-৬২) আসলে বন্ধন শক্তির দিক থেকে সবচেয়ে দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ নিউক্লাইড (যদিও ${}^{56}\text{<mrow data-mjx-texclass="ORD">Fe</mrow>}$-এর নিউক্লিয়ন প্রতি শক্তি বা ভর কম)। ${}^{56}\text{<mrow data-mjx-texclass="ORD">Fe</mrow>}+{}^4\text{<mrow data-mjx-texclass="ORD">He</mrow>}\to {}^{60}\text{<mrow data-mjx-texclass="ORD">Ni</mrow>}$ বিক্রিয়াটি আসলে তাপোৎপাদী, এবং প্রকৃতপক্ষে আলফা কণা যোগ করা ${}_{50}^{100}\mathrm{S}\mathrm{n}$ পর্যন্ত তাপোৎপাদীই থাকে,ref কিন্তু তবুও এই ক্রমটি কার্যকরভাবে আয়রনেই শেষ হয়। নিকেলের চেয়ে ভারী মৌল উৎপাদনের আগেই এই ক্রমটি থেমে যায় কারণ নক্ষত্রের অভ্যন্তরের পরিস্থিতি ফটোডিসইনটিগ্রেশন এবং আলফা প্রক্রিয়ার মধ্যে প্রতিযোগিতাকে আয়রনের কাছাকাছি ফটোডিসইনটিগ্রেশনের দিকে ঝুঁকতে বাধ্য করে। এর ফলে ${}_{28}^{62}\mathrm{N}\mathrm{i}$-এর চেয়ে ${}_{28}^{56}\mathrm{N}\mathrm{i}$ বেশি উৎপন্ন হয়।

নক্ষত্রের তাপমাত্রা ও ঘনত্বের মধ্যে এই বিক্রিয়াগুলোর হার অত্যন্ত কম, তাই এগুলো নক্ষত্রের মোট শক্তিতে উল্লেখযোগ্য অবদান রাখে না। ক্রমবর্ধমান কুলম্ব বাধা-এর কারণে নিয়ন (Z > 10) এর চেয়ে ভারী মৌলগুলোর সাথে এগুলো আরও কঠিনভাবে ঘটে।

আলফা প্রক্রিয়ার মৌলসমূহ

আলফা প্রক্রিয়ার মৌলসমূহ (বা আলফা মৌল) এই নামে পরিচিত কারণ এদের সবচেয়ে প্রচুর আইসোটোপগুলো চারের পূর্ণসংখ্যার গুণিতক – যা হিলিয়াম নিউক্লিয়াসের (আলফা কণা) ভর। এই আইসোটোপগুলোকে আলফা নিউক্লাইড বলা হয়।

বিভিন্ন তাপমাত্রায় (T) প্রোটন-প্রোটন ($p-p$), CNO, এবং ট্রিপল-α সংযোজন প্রক্রিয়ার আপেক্ষিক শক্তি উৎপাদনের (ε) লগারিদম। ড্যাশযুক্ত রেখাটি নক্ষত্রের অভ্যন্তরে $p-p$ এবং CNO প্রক্রিয়ার সম্মিলিত শক্তি উৎপাদন নির্দেশ করে।

• স্থিতিশীল আলফা মৌলগুলো হলো: C, O, Ne, Mg, Si, এবং S।
• Ar এবং Ca মৌলগুলো "পর্যবেক্ষণমূলকভাবে স্থিতিশীল"। এগুলো সিলিকন ফিউশন পর্যায়ের আগে আলফা ক্যাপচারের মাধ্যমে সংশ্লেষিত হয়, যা টাইপ ২ সুপারনোভার দিকে পরিচালিত করে।}}
• Si এবং Ca বিশুদ্ধভাবে আলফা প্রক্রিয়ার মৌল।
• Mg আলাদাভাবে প্রোটন ক্যাপচার বিক্রিয়ার মাধ্যমে খরচ হতে পারে।

অক্সিজেন (O) এর অবস্থা বিতর্কিত – কিছু লেখক এটিকে আলফা মৌল হিসেবে গণ্য করেন, অন্যরা করেন না। O নিশ্চিতভাবে নিম্ন-ধাতবতা সম্পন্ন পপুলেশন ২ নক্ষত্র-এ একটি আলফা মৌল: এটি টাইপ ২ সুপারনোভা-তে উৎপন্ন হয় এবং এর আধিক্য অন্যান্য আলফা প্রক্রিয়ার মৌলগুলোর আধিক্যের সাথে ভালোভাবে সম্পর্কযুক্ত।

কখনও কখনও C এবং N-কে আলফা প্রক্রিয়ার মৌল হিসেবে বিবেচনা করা হয় কারণ O-এর মতো এগুলোও নিউক্লীয় আলফা-ক্যাপচার বিক্রিয়ায় সংশ্লেষিত হয়, কিন্তু তাদের অবস্থা অস্পষ্ট: এই তিনটি মৌলের প্রতিটিই CNO চক্র দ্বারা উৎপন্ন (এবং খরচ) হয়, যা আলফা-ল্যাডার প্রক্রিয়াগুলো উল্লেখযোগ্য পরিমাণে আলফা মৌল (যার মধ্যে C, N, ও O অন্তর্ভুক্ত) উৎপাদন শুরু করার চেয়ে অনেক কম তাপমাত্রায় চলতে পারে। তাই নক্ষত্রে C, N, বা O-এর উপস্থিতি স্পষ্টভাবে নির্দেশ করে না যে আলফা প্রক্রিয়া আসলে চলছে – এই কারণেই কিছু জ্যোতির্বিজ্ঞানী এই তিনটি মৌলকে (নিঃশর্তভাবে) "আলফা মৌল" বলতে অনিচ্ছুক।

নক্ষত্রে উৎপাদন

আলফা প্রক্রিয়া সাধারণত তখনই প্রচুর পরিমাণে ঘটে যদি নক্ষত্রটি যথেষ্ট বিশাল হয় – প্রায় ১০ সৌর ভর-এর চেয়ে বেশি। এই নক্ষত্রগুলো বয়স বাড়ার সাথে সাথে সংকুচিত হয়, যা কোর-এর তাপমাত্রা এবং ঘনত্বকে আলফা প্রক্রিয়া সক্ষম করার মতো উচ্চ পর্যায়ে নিয়ে যায়। পারমাণবিক ভরের সাথে প্রয়োজনীয়তা বৃদ্ধি পায়, বিশেষ করে পরবর্তী পর্যায়ে – যাকে কখনও কখনও সিলিকন বার্নিং বলা হয় – এবং তাই এগুলো সবচেয়ে বেশি সুপারনোভা-তে ঘটে। টাইপ ২ সুপারনোভা মূলত অক্সিজেন এবং আলফা-মৌলগুলো (Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca, এবং Ti) সংশ্লেষণ করে, যেখানে টাইপ ১এ সুপারনোভা মূলত আয়রন পিক-এর মৌলগুলো (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, এবং Ni) উৎপন্ন করে। যথেষ্ট বিশাল নক্ষত্রগুলো নক্ষত্রের প্রাথমিক উপাদান হাইড্রোজেন এবং হিলিয়াম থেকে আয়রন পিক পর্যন্ত মৌলগুলো সংশ্লেষণ করতে পারে।

সাধারণত, আলফা প্রক্রিয়ার (বা আলফা-ক্যাপচার) প্রথম পর্যায় নক্ষত্রের হিলিয়াম-বার্নিং পর্যায়ের পরে অনুসরণ করে যখন হিলিয়াম নিঃশেষ হয়ে যায়; এই বিন্দুতে, মুক্ত ${}_6^{12}\text{C}$ হিলিয়াম ক্যাপচার করে ${}_8^{16}\text{O}$ উৎপন্ন করে। কোর হিলিয়াম বার্নিং পর্যায় শেষ করার পরেও এই প্রক্রিয়া চলতে থাকে কারণ কোর-এর চারপাশের একটি শেল হিলিয়াম পোড়ানো এবং কোর-এ কনভেকশন অব্যাহত রাখবে। দ্বিতীয় পর্যায় (নিয়ন বার্নিং) শুরু হয় যখন একটি ${}_{10}^{20}\text{<mrow data-mjx-texclass="ORD">Ne</mrow>}$ পরমাণুর ফটোডিসইনটিগ্রেশনের মাধ্যমে হিলিয়াম মুক্ত হয়, যা অন্যটিকে আলফা ল্যাডার ধরে উপরে উঠতে দেয়। সিলিকন বার্নিং পরবর্তীতে একইভাবে ${}_{14}^{28}\text{<mrow data-mjx-texclass="ORD">Si</mrow>}$-এর ফটোডিসইনটিগ্রেশনের মাধ্যমে শুরু হয়; এই বিন্দুর পরে, পূর্বে আলোচিত ${}_{28}^{56}\mathrm{N}\mathrm{i}$ পিক-এ পৌঁছানো হয়। নাক্ষত্রিক পতনের ফলে উৎপন্ন সুপারনোভা শক ওয়েভ এই প্রক্রিয়াগুলো সংক্ষিপ্তভাবে ঘটার জন্য আদর্শ পরিস্থিতি প্রদান করে।

ফটোডিসইনটিগ্রেশন এবং পুনর্বিন্যাস জড়িত এই টার্মিনাল উত্তাপের সময়, সুপারনোভা এবং পরবর্তী নির্গমনের সময় নিউক্লীয় কণাগুলো তাদের সবচেয়ে স্থিতিশীল আকারে রূপান্তরিত হয়, আংশিকভাবে আলফা প্রক্রিয়ার মাধ্যমে। ${}_{22}^{44}\text{<mrow data-mjx-texclass="ORD">Ti</mrow>}$ এবং তার উপরে শুরু করে, সমস্ত উৎপাদ মৌল তেজস্ক্রিয় এবং তাই একটি আরও স্থিতিশীল আইসোটোপে ক্ষয় হবে; উদাহরণস্বরূপ, ${}_{28}^{56}\mathrm{N}\mathrm{i}$ গঠিত হয় এবং ${}_{26}^{56}\text{<mrow data-mjx-texclass="ORD">Fe</mrow>}$-এ ক্ষয় হয়।

আপেক্ষিক প্রাচুর্যের জন্য বিশেষ নোটেশন

নক্ষত্রে মোট আলফা মৌলের প্রাচুর্য সাধারণত লগারিদম হিসেবে প্রকাশ করা হয়, যেখানে জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা প্রথাগতভাবে একটি স্কয়ার ব্র্যাকেট নোটেশন ব্যবহার করেন:

$\left[\frac{\alpha }{\mathrm{F}\mathrm{e}}\right]\equiv {\log }_{10}{\left(\frac{N_{\mathrm{E}\alpha }}{N_{\mathrm{F}\mathrm{e}}}\right)}_{\star }-{\log }_{10}{\left(\frac{N_{\mathrm{E}\alpha }}{N_{\mathrm{F}\mathrm{e}}}\right)}_{\odot },$

যেখানে $N_{\mathrm{E}\alpha }$ হলো প্রতি একক আয়তনে আলফা মৌলের সংখ্যা, এবং $N_{\mathrm{F}\mathrm{e}}$ হলো প্রতি একক আয়তনে আয়রন নিউক্লিয়াসের সংখ্যা। $N_{\mathrm{E}\alpha }$ সংখ্যাটি গণনা করার উদ্দেশ্যেই কোন মৌলগুলোকে "আলফা মৌল" হিসেবে বিবেচনা করা হবে তা বিতর্কিত হয়ে ওঠে। তাত্ত্বিক গ্যালাকটিক বিবর্তন মডেলগুলো ভবিষ্যদ্বাণী করে যে মহাবিশ্বের শুরুতে আয়রনের তুলনায় আলফা মৌল বেশি ছিল।

আরও দেখুন

• [α/Fe] বনাম [Fe/H] ডায়াগ্রাম
• অস্বাভাবিক বয়সের আলফা-বর্ধিত নক্ষত্র

আরও পড়ুন

• (21 আগস্ট 2007). "The age, metallicity and α-element abundance of galactic globular clusters, from single stellar population models". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 379 (4) 1618–1636. doi:10.1111/j.1365-2966.2007.12041.x.

---

উৎস: ইংরেজি উইকিপিডিয়ার “Alpha process” নিবন্ধের অনুবাদ। মূল নিবন্ধ: https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha_process এই অনুবাদটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে প্রস্তুত করা হয়েছে।