نعلم جميعًا أن الكون يحتوي على مجموعة واسعة من العناصر، بدءًا من الغازات الخفيفة مثل الهيليوم، وحتى المعادن الثقيلة مثل الرصاص. ولكن من أين أتت كل هذه العناصر؟
تبدأ رحلة العناصر في اللحظات الأولى من الحياة الانفجار العظيم، عندما لدينا كون كان عمره بضع ثوانٍ فقط إلى بضع دقائق. في ذلك الوقت، كان الكون بأكمله محشورًا في حجم أصغر بملايين المرات مما هو عليه اليوم. وبسبب الكثافة العالية بشكل لا يصدق، كان متوسط درجة حرارة جميع المواد الموجودة في الكون أكثر من مليار درجة، وهي أكثر من كافية لحدوث التفاعلات النووية. في الواقع، كان الجو حارًا جدًا لدرجة أنه حتى البروتونات والنيوترونات لا يمكن أن توجد ككيانات مستقرة. وبدلا من ذلك، كان الكون مجرد بحر من الجسيمات الأساسية، التي تسمى جسيمات دون الذرية و غلوونات، يغلي في حالة البلازما الخام.
لكن الكون لن يبقى على هذا النحو لفترة طويلة. لقد كان يتوسع، مما يعني أنه كان يبرد أيضًا. وفي نهاية المطاف، يمكن للكواركات أن تتحد معًا لتشكل الكواركات الأولى البروتونات و النيوترونات دون أن يتم هدمها على الفور. تكون البروتونات أخف قليلاً من النيوترونات، مما أعطاها ميزة في هذه المرحلة الأولية من إنتاج الجسيمات. عندما كان عمر الكون بضع دقائق، كان الجو باردًا جدًا بحيث لم يتمكن من تكوين بروتونات ونيوترونات جديدة. لذا فإن تلك الجسيمات الثقيلة الأولى كانت هي الوحيدة التي سيصنعها الكون على الإطلاق (خارج التفاعلات النادرة عالية الطاقة في المستقبل).
متعلق ب: تاريخ الكون: الانفجار الكبير حتى الآن في 10 خطوات سهلة
وبحلول الوقت الذي تجمدت فيه الجسيمات الثقيلة أخيرًا، كان هناك ما يقرب من ستة بروتونات لكل نيوترون. النيوترونات في حد ذاتها ليست مستقرة؛ تتحلل بعمر نصف يبلغ حوالي 880 ثانية. وعلى الفور، بدأت بعض النيوترونات في الاضمحلال، بينما بدأ الباقي في الارتباط بالبروتونات لتكوين النوى الذرية الأولى. من بين جميع العناصر الخفيفة، يتمتع الهيليوم-4، الذي يتكون من بروتونين ونيوترونين، بأكبر طاقة ربط، مما يعني أنه الأسهل في التكوين والأصعب في التفكك. لذلك، ذهب كل هذا الهيليوم تقريبًا إلى إنتاج الهيليوم-4.
من خلال حسابات كهذه، يمكن لعلماء الكون أن يتنبأوا بأن الكون بدأ بخليط يتكون من حوالي 75% من الهيدروجين (وهو مجرد بروتون مجرد)، و25% من الهيليوم وتناثر صغير من الليثيوم، وهو بالضبط ما يلاحظه علماء الفلك.
التخليق النووي النجمي
المرحلة التالية في ظهور العناصر كان عليها أن تنتظر الجيل الأول من النجوموالتي لم تبدأ في التألق إلا بعد مئات الملايين من السنين من الانفجار الكبير. النجوم تستمد قوتها من نفسها الاندماج النووي، تحويل الهيدروجين إلى هيليوم. تترك هذه العملية القليل من الطاقة المتبقية. لكن النجوم لديها الكثير من الهيدروجين المتوفر لدرجة أنها يمكن أن تحترق لمليارات، أو في بعض الأحيان تريليونات، من السنين.
بالقرب من نهايات حياتهم، نجوم مثل شمس قم بالتبديل إلى دمج الهيليوم بدلاً من ذلك، وتحويله إلى كربون وأكسجين قبل أن يموتوا ككوكب السدم. وهذا هو سبب وفرة الكربون والأكسجين في الكون؛ بعد الهيدروجين والهيليوم، فهي العناصر الأكثر إنتاجًا. في الواقع، الأكسجين هو العنصر الأكثر شيوعًا أرضعلى الرغم من أن معظمها مرتبط بالسيليكات لتشكل الأرض تحت قدميك.
النجوم الأكثر ضخامة – تلك التي تحتوي على ثمانية أضعاف على الأقل كتلة الشمس – دمج العناصر الأثقل في قلوبها. خاصة في الأسابيع والأيام وحتى الساعات الأخيرة، تنتج النجوم الأكثر ضخامة في الكون النيتروجين والنيون والسيليكون والكبريت والمغنيسيوم والنيكل والكروم والحديد.
ما بعد التخليق النووي
هذه هي نهاية عملية تكوين العناصر داخل النجوم. طاقاتها المكثفة قادرة تمامًا على إنتاج عناصر أثقل، لكن دمج أي شيء أعلى من الحديد يستنزف الطاقة، بدلاً من إنتاجها، لذلك تظهر تلك العناصر الأثقل نادرًا في قلوب النجوم الضخمة.
وبدلاً من ذلك، يتم إنتاج بقية العناصر في الجدول الدوري عندما تموت النجوم، وهو ما يحدث من خلال مجموعة متنوعة من الوسائل الرائعة والمعقدة والمذهلة. النجوم الصغيرة تقلب نفسها ببطء من الداخل إلى الخارج، وتطلق أحشائها عبر أنظمتها النجمية. تنفجر النجوم الأكبر حجمًا في كوارث عنيفة تُعرف باسم المستعرات الأعظم. كلا النوعين من الموت يتركان بقايا. وفي حالة النجوم الصغيرة فإنها تغادر الأقزام البيضاءوالتي تتكون بالكامل تقريبًا من الكربون والأكسجين. تترك النجوم الأكبر حجمًا وراءها مجالات كثيفة بشكل لا يصدق من النيوترونات المعروفة باسم النجوم النيوترونية.
قصص ذات الصلة:
— كشف علماء الفلك عن كيفية تشكل الجزيئات العضوية المعقدة في الفضاء السحيق
– كيف تشكلت الأرض؟
– هل نحن حقًا مصنوعون من “أشياء نجمية” – وماذا يعني ذلك حتى؟ (فيديو)
يمكن أن يسقط الغاز المنبعث من النجم المرافق على قزم أبيض، مما يؤدي إلى إطلاق نوع خاص من انفجار المستعر الأعظم. يمكن أن تصطدم النجوم النيوترونية ببعضها البعض، مما يؤدي إلى إطلاق كمية هائلة من الطاقة في حدث يعرف باسم أ كيلونوفا.
ومهما كان الأمر، فإن كل هذه العمليات تنطوي على الكثير من الإشعاع، والكثير من الطاقة، والكثير من الجسيمات التي تطير بسرعة عالية – وبعبارة أخرى، الحساء المثالي لتشكيل عناصر جديدة. ومن خلال هذه الكوارث ظهرت بقية الجدول الدوري إلى الوجود.
ومن خلال هذه الأحداث النشطة أيضًا، انتشرت هذه العناصر خارج حدود نجومها الأصلية وخرجت إلى المزيج بين النجوم. هناك، تنضم هذه العناصر إلى سحب الغاز الجديدة، والتي تتجمع في النهاية لتشكل أجيالًا جديدة من النجوم التي تواصل عملية إعادة تدوير العناصر وتجديدها، مما يؤدي إلى إثراء الكون ببطء.