من أين يأتي ذهب الكون؟ توفر المشاعل العملاقة من النجوم المغناطيسية المتطرفة فكرة

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

لقد جمع العلماء أخيرًا دليلًا مباشرًا على كيفية قيام الكون بتثبيط عناصره الأثقل ، وهي عملية ظلت لغزًا لأكثر من نصف قرن.

حسب فريق من معهد فلاتيرون في مدينة نيويورك أن المشاعل العملاقة المنبعثة من المغناطيس-الأنواع المغناطيسية عالية من النجوم المنهارة المعروفة باسم النجوم النيوترونية-يمكن أن تكون الصياغة الكونية التي طال انتظارها والتي تخلق عناصر الكون الثقيلة. يمكن أن تنتج واحدة فقط من هذه المشاعل العملاقة من الذهب والبلاتين واليورانيوم.

وقال أنيروده باتيل ، مرشح الدكتوراه في جامعة كولومبيا ومؤلفة قيادة في دراسة لهذه العناصر في بيان “من المذهل أن نعتقد أن بعض العناصر الثقيلة من حولنا ، مثل المعادن الثمينة في هواتفنا وأجهزة الكمبيوتر لدينا ، يتم إنتاجها في هذه البيئات القاسية المجنونة”. “يمكن أن تكون المشاعل العملاقة المغناطيسية هي الحل لمشكلة واجهناها حيث يوجد المزيد من العناصر الثقيلة في المجرات الصغيرة أكثر مما يمكن إنشاؤه من تصادم النجوم النيوتروني وحدها.”

تم تزوير العناصر الأخف مثل الهيدروجين والهيليوم والليثيوم في الانفجار الكبير ، في حين تم تشكيل العناصر الأثقل من خلال الانصهار النووي في النوى النجمية أثناء حياة النجوم – أو في أعقاب وفاتهم المتفجرة. ولكن كيف ظلت العناصر الغنية بالنيوترون أثقل من الحديد تصنع سؤالًا مفتوحًا.

يُعتقد أن هذه العناصر تتشكل من خلال سلسلة من التفاعلات النووية المعروفة باسم عملية التقاط النيوترونات السريعة ، أو عملية R ، والتي كانت نظرية طويلة في ظل ظروف متطرفة مثل تلك الموجودة في عمليات الدمج النيوترونية الخارقة. في عام 2017 ، أكد علماء الفلك عملية ص لأول مرة خلال عملية الدمج الملحوظة لنجمتين نيوترون.

ومع ذلك ، فإن مثل هذه الاصطدامات نادرة جدًا بحيث لا يمكنها حساب وفرة العناصر الثقيلة في الكون وعمليات اندماج النجوم النيوترونية في وقت متأخر جدًا في تاريخ الكون لشرح أقدم العناصر الذهبية وغيرها من العناصر الثقيلة. لكن مشاعل النيوترون المتطرف الذي يمكن أن يصنع هذه العناصر أقدم بكثير. وأضاف باتيل: “الشيء المثير للاهتمام حول هذه المشاعل العملاقة هو أنها يمكن أن تحدث في وقت مبكر من تاريخ المجرة”.

لدراسة هذه العمليات ، تحول علماء مدينة نيويورك إلى المغناطيس ، التي تكون حقولها المغناطيسية أقوى من المرات من الأرض. تنتج هذه النجوم أحيانًا “مشاعل” – رشقات من الطاقة الناتجة عن الإطلاق المفاجئ للطاقة المغناطيسية ، والتي عادة ما تسببها إعادة ترتيب أو تحلل حقولها المغناطيسية.

حسب الفريق أن التوهج العملاق في Magnetar يمكن أن يخلق الظروف المناسبة لعناصر العمليات R لتشكيلها ، مما ينتج عنه نوى مشعة غير مستقرة للغاية تتحلل إلى عناصر ثقيلة مستقرة مثل الذهب.

بشكل مثير ، تمكن فريق NYC من ربط حساباتهم بملاحظة غامضة تم إجراؤها في عام 2004 من وميض مشرق من الضوء من Magnetar SGR 1806-20. في البداية ، لم يكن الحدث غير عادي – حتى أدرك الباحثون أن إجمالي طاقة Flare كانت أكبر من ألف مرة تقريبًا من تلك التي تنبثقها الرشقات النموذجية.

وقال براين ميتزجر ، كبير عالم الأبحاث في CCA وأستاذ بجامعة كولومبيا: “لقد تم نسيان هذا الحدث على مر السنين”. “لكننا أدركنا بسرعة أن نموذجنا كان مناسبًا له.”

وقال باتيل في بيان ناسا: “لم أكن أفكر في أي شيء آخر للأسبوع أو الأسبوعين المقبلين”. “لقد كان الشيء الوحيد في ذهني.”

من خلال الجمع بين ملاحظات SGR 1806-20 2004 ، قدّر Metzger و Patel وزملاؤهم أن الحدث قد أنتج على الأرجح حوالي مليوني مليار (تقرأ هذا الحق) من العناصر الثقيلة – تقريبًا جماعة المريخ أو 27 أقمار! في حين أن مثل هذه المشاعل يمكن أن تمثل حوالي 10 ٪ من جميع العناصر الثقيلة في مجرتنا ، فإن الباحثين يلاحظون أن أصول 90 ٪ المتبقية لا تزال غير مؤكدة.

وقال ميتزجر “لا يمكننا استبعاد أنه قد يكون هناك مواقع ثالثة أو رابعة لم نرها بعد”.

القصص ذات الصلة:

– ماذا يحدث داخل نجوم النيوترون ، أكثر الأشياء المعروفة للكون؟

– يجد تلسكوب جيمس ويب للفضاء النيوترون نجم عمليات اندماج النيوترون في الذهب في الكون:

– يمكن أن تكشف أقوى الانفجارات في الكون من أين يأتي الذهب

يتوقون إلى دفع اكتشافهم إلى أبعد من ذلك ، يخطط الفريق للبحث عن المزيد من مشاعل المغناطيسية باستخدام مطياف كومبتون ومهمة التصوير في ناسا ، المقرر إطلاقه في عام 2027 – وهي مهمة يمكن أن تكشف عن المزيد من الأسرار حول الأصول الكونية للعناصر الذهبية والعناصر الثقيلة الأخرى.

وقال باتيل “إنه سؤال أساسي إلى حد ما من حيث أصل المسألة المعقدة في الكون”. “إنه لغز ممتع لم يتم حله بالفعل.”

تم نشر بحث الفريق في رسائل المجلة الفيزيائية الفلكية.