الخيمياء الكونية على حافة الكون المرئي
اكتشفت تلسكوبات NASA ما قد يكون أبعد انفجار أشعة جاما تم رصده على الإطلاق، ناتج عن نجمي نيوترون يدورانان حول بعضهما البعض ثم ينفجران في انفجار كارثي معروف باسم كيلونوفا. حدث الحدث على بعد حوالي 8.5 مليار سنة ضوئية من الأرض، وأنتج عناصر ثقيلة بما فيها الذهب والبلاتين في وميض مبهر أضاء لفترة قصيرة مجرات كاملة.
أمكن الكشف عن هذا الحدث من خلال الملاحظات المنسقة من مرصد Chandra للأشعة السينية وتلسكوب James Webb الفضائي والمراصد الأرضية، مما يدفع حدود الفلك متعدد الرسل ويوفر أدلة جديدة حول كيفية تصنيع الكون لعناصره الأثقل.
مصدر الذهب
طوال معظم القرن العشرين، اعتقد العلماء أن جميع العناصر الأثقل من الحديد يتم إنتاجها داخل النجوم الضخمة وتنتشر في الفضاء عندما تنفجر هذه النجوم كمستعرات عظيمة. تم قلب هذا الفهم في 2017 عندما كشفت كواشف موجات الجاذبية LIGO وعشرات التلسكوبات عن اندماج نجمي نيوترون في المجرة NGC 4993، على بعد 130 مليون سنة ضوئية فقط. أطلق على هذا الحدث اسم GW170817، وأكد أن اندماجات النجوم النيوترونية هي مصانع غزيرة للعناصر الأثقل في الجدول الدوري.
الفيزياء رائعة. عندما تصطدم نجمتا نيوترون، يؤدي التأثير إلى إطلاق عدد هائل من النيوترونات — أكثر بكثير مما هو متاح في أي بيئة فيزيائية فلكية أخرى. يتم التقاط هذه النيوترونات بواسطة النوى الذرية في عملية تسمى الالتقاط السريع للنيوترونات، أو عملية r، مما يؤدي إلى بناء عناصر أثقل وأثقل في أجزاء من الثانية. يتم تجميع الذهب والبلاتين واليورانيوم والعديد من العناصر الثقيلة الأخرى في هذا الوعاء الغني بالنيوترونات وينطلق إلى الفضاء بسرعات كبيرة من سرعة الضوء.
كيلونوفا المكتشفة حديثاً على بعد 8.5 مليار سنة ضوئية تمثل نفس العملية المرصودة على مسافة أكبر بكثير وفي وقت أقدم بكثير في التاريخ الكوني. عندما تم انبعاث الضوء من هذا الانفجار، كان عمر الكون حوالي 5 مليارات سنة فقط — أقل من نصف عمره الحالي. كشف عناصر العملية r في هذا العصر يخبر علماء الفلك أن اندماجات نجوم النيوترون كانت بالفعل تثري الكون بالعناصر الثقيلة عندما كان الكون صغيراً نسبياً.
عنوان كوني غير عادي
ما يجعل هذا الكشف مثيراً للاهتمام بشكل خاص هو موقع كيلونوفا. بدلاً من حدوثه داخل مجرة واحدة، حدث الاندماج في تيار مدي — شريط من النجوم والغاز تم نزعه من المجرات بواسطة التفاعلات الجاذبية أثناء اندماج المجموعة. تعدد المجرات في العنقود في عملية الاصطدام والاندماج، مما ينتج عنه تيارات معقدة من الحطام تمتد عبر مئات الآلاف من السنوات الضوئية.
ثنائيات النجوم النيوترونية — أزواج النجوم النيوترونية التي تدور حول بعضها البعض — قد تستغرق مليارات السنين حتى تدور قريبة بما يكفي للاندماج. خلال هذا الوقت، يمكن للتفاعلات الجاذبية أن تطرد الثنائي بالكامل من مجرته الأم. إيجاد كيلونوفا في تيار مدي يشير إلى أن زوج نجوم النيوترون ربما تم طرده من إحدى المجرات المندمجة وقضى مليارات السنين يطفو في الفضاء بين المجرات قبل أن يصطدم أخيراً.
هذا له آثار على فهم كيفية توزيع العناصر الثقيلة في جميع أنحاء الكون. إذا حدثت نسبة كبيرة من اندماجات نجوم النيوترون خارج المجرات — في تيارات مدية أو هالات مجرات أو الفضاء بين المجرات — فإن العناصر الثقيلة التي تنتجها قد تثري الغاز المنتشر بين المجرات بدلاً من إعادة تدويرها في نجوم وكواكب جديدة داخل المجرات.
كشف أضعف الإشارات
كان ملاحظة كيلونوفا على بعد 8.5 مليار سنة ضوئية تتطلب حساسية استثنائية. تم الكشف عن انفجار أشعة جاما الأولي بواسطة مرصد NASA Swift، الذي حدد الومضة عالية الطاقة وأنذر التلسكوبات الأخرى بموقع الحدث. كشف Chandra بعد ذلك عن التوهج بالأشعة السينية، الذي وفر معلومات موقع دقيقة. راقب تلسكوب James Webb الفضائي الانبعاث في الأشعة تحت الحمراء المميز لعناصر العملية r، الذي يُنتج توهجاً أحمر مميزاً من خلال اضمحلاله الإشعاعي يستمر لأيام إلى أسابيع بعد الاندماج.
التوقيع تحت الأحمر هو دليل تدخين على إنتاج العناصر الثقيلة. تنتج العناصر المختلفة ميزات طيفية مختلفة مع تحلل نظائرها المشعة، وكان مقياس الأشعة تحت الحمراء الحساس في JWST قادراً على تحديد بصمات عدة عناصر ثقيلة في توهج كيلونوفا الخافت. هذا التأكيد الطيفي هو ما يميز كيلونوفا عن أنواع الأحداث المتغيرة الأخرى.
التأثيرات على الكيمياء الكونية
يساعد كل كشف عن كيلونوفا علماء الفلك على بناء صورة إحصائية لكمية مادة العناصر الثقيلة التي تنتجها اندماجات نجوم النيوترون وتكرار حدوث هذه الأحداث عبر الزمن الكوني. تشير التقديرات الحالية إلى أن اندماجات نجوم النيوترون يمكن أن تفسر معظم الذهب والبلاتين وعناصر العملية r الأخرى الموجودة في الكون، على الرغم من أن بعض المساهمة من المستعرات العظيمة والمصادر الأخرى لا تزال ممكنة.
تمتد المسافة القياسية لهذا الكشف خط الأساس الرصدي إلى عصر كانت المجرات تتجمع بنشاط فيه. يوفر فهم معدل اندماجات نجوم النيوترون في هذا العصر قيوداً على نماذج تطور النجوم الثنائية وتكوين نجوم النيوترون والتطور الكيميائي للكون المبكر.
كل ذرة ذهب على الأرض — في الحلي والإلكترونيات وخزائن البنوك المركزية — تم صنعها على الأرجح في حدث مثل هذا، قبل مليارات السنين، في اللحظات الأخيرة العنيفة لنجمين ميتين يصطدمان بثلث سرعة الضوء. يذكرنا هذا الكشف الأخير بأن حتى أكثر المواد ألفة لها أصول بعيدة عن كونها عادية.
هذا المقال مبني على تقارير Universe Today. اقرأ المقال الأصلي.
