اكتشف العلماء أول مؤشر على حدوث انشطار نووي بين النجوم. يدعم هذا الاكتشاف فكرة أنه عندما تتصادم النجوم النيوترونية معًا، فإنها تنتج عناصر “فائقة الثقل” – أثقل من أثقل العناصر في الجدول الدوري – والتي تتفكك بعد ذلك عبر الانشطار النووي لولادة عناصر مثل الذهب في مجوهراتك.
الانشطار النووي هو في الأساس عكس ذلك الاندماج النووي. في حين يشير الاندماج النووي إلى تحطيم العناصر الأخف لتكوين عناصر أثقل، فإن الانشطار النووي هو عملية يتم فيها إطلاق الطاقة عندما تنقسم العناصر الثقيلة لتكوين عناصر أخف. الانشطار النووي معروف جيدًا أيضًا. إنها في الواقع أساس محطات الطاقة النووية المولدة للطاقة هنا أرض – ومع ذلك، لم يتم رؤيته يحدث بين النجوم قبل الآن.
“اعتقد الناس أن الانشطار كان يحدث في الكون، ولكن حتى الآن، لم يتمكن أحد من إثبات ذلك،” ماثيو مومبور، مؤلف مشارك في البحث وعالم في مختبر لوس ألاموس الوطني، قال في بيان.
قام فريق الباحثين بقيادة عالم جامعة ولاية كارولينا الشمالية إيان روديرر، بالبحث في البيانات المتعلقة بمجموعة واسعة من العناصر في النجوم لاكتشاف أول دليل على أن الانشطار النووي يمكن أن يحدث عند اندماج النجوم النيوترونية. هذه النتائج يمكن أن تساعد في حل لغز أين الكونالعناصر الثقيلة تأتي من.
متعلق ب: ماذا يحدث عندما تصطدم النجوم النيوترونية؟ قد يعرف علماء الفلك أخيرا
يعرف العلماء أن الاندماج النووي ليس المصدر الرئيسي للطاقة للنجوم فحسب، بل هو أيضًا القوة التي تشكل مجموعة متنوعة من العناصر، وأثقلها هو الحديد.
ومع ذلك، فإن صورة ما يسمى بالتخليق النووي للعناصر الأثقل مثل الذهب واليورانيوم، كانت أكثر غموضًا إلى حد ما. يشتبه العلماء في أن هذه العناصر الثقيلة القيمة والنادرة تنشأ من نجمين ميتين كثيفين بشكل لا يصدق – النجوم النيوترونية – تتصادم وتندمج، مما يخلق بيئة عنيفة بما يكفي لتكوين عناصر لا يمكن إنشاؤها حتى في قلوب النجوم الأكثر اضطرابًا.
إن دليل الانشطار النووي الذي اكتشفه Mumpower والفريق يأتي في شكل علاقة بين “المعادن الخفيفة الدقيقة”، مثل الفضة، و”نواة الأرض النادرة”، مثل اليوروبيوم، التي تظهر في بعض النجوم. ورأى العلماء أنه عندما ترتفع إحدى هذه المجموعات من العناصر، فإن العناصر المقابلة لها في المجموعة الأخرى تزداد أيضًا.
ويشير بحث الفريق أيضًا إلى أن العناصر ذات الكتل الذرية لها عدد من العناصر البروتونات و النيوترونات في النواة الذرية – قد يوجد أكثر من 260 حول اصطدامات النجوم النيوترونية، حتى لو كان هذا الوجود قصيرًا. وهذا أثقل بكثير من العديد من العناصر الموجودة في “النهاية الثقيلة” للجدول الدوري.
وقال مامباور: “الطريقة الوحيدة المعقولة التي يمكن أن ينشأ بها هذا بين النجوم المختلفة هي وجود عملية متسقة تعمل أثناء تكوين العناصر الثقيلة”. “هذا أمر عميق بشكل لا يصدق وهو أول دليل على وجود انشطار في الكون، مما يؤكد النظرية التي اقترحناها منذ عدة سنوات.”
“مع حصولنا على المزيد من الملاحظات، يقول الكون: “مرحبًا، هناك توقيع هنا، ولا يمكن أن يأتي إلا من الانشطار”.”
النجوم النيوترونية والانشطار النووي
يتم إنشاء النجوم النيوترونية عندما تصل النجوم الضخمة إلى نهاية إمدادات الوقود اللازمة لعمليات الاندماج النووي الجوهرية، وهو ما يعني الطاقة التي كانت تدعمها ضد الدفع الداخلي الخاص بها جاذبية يتوقف. عندما تتطاير الطبقات الخارجية لهذه النجوم المحتضرة، تتشكل النوى النجمية التي تتراوح كتلتها بين مرة إلى ضعفي كتلة النجوم. الشمس تنهار إلى عرض حوالي 12 ميلاً (20 كيلومترًا).
يحدث هذا الانهيار الأساسي بسرعة كبيرة الإلكترونات وتضطر البروتونات معًا، مما يخلق بحرًا من النيوترونات كثيفة جدًا، حيث أن مجرد ملعقة كبيرة من “مادة” النجم النيوتروني ستزن أكثر من مليار طن إذا تم إحضارها إلى الأرض.
عندما تتواجد هذه النجوم المتطرفة في أزواج ثنائية، فإنها تلتف حول بعضها البعض. وعندما تدور حول بعضها البعض، فإنها تفقد الزخم الزاوي لأنها تبعث تموجات غير ملموسة في الزمكان تسمى موجات الجاذبية. يؤدي هذا إلى اصطدام النجوم النيوترونية واندماجها في النهاية، مما لا يثير الدهشة نظرًا لطبيعتها المتطرفة والغريبة، مما يخلق بيئة عنيفة للغاية.
يُطلق هذا الاندماج النهائي للنجم النيوتروني ثروة من النيوترونات الحرة، وهي جسيمات مرتبطة عادةً بالبروتونات في النوى الذرية. وهذا يمكن أن يسمح للنواة الذرية الأخرى في هذه البيئات بالتقاط هذه النيوترونات الحرة بسرعة – وهي عملية تسمى الالتقاط السريع للنيوترونات أو “عملية r”. وهذا يسمح للنواة الذرية بأن تصبح أثقل، مما يؤدي إلى تكوين عناصر فائقة الثقل وغير مستقرة. يمكن لهذه العناصر فائقة الثقل أن تخضع بعد ذلك للانشطار لتنقسم إلى عناصر أخف وأكثر استقرارًا مثل الذهب.
في عام 2020، تنبأت Mumpower بكيفية توزيع “الشظايا الانشطارية” للنواة الناتجة عن عملية r. بعد ذلك، قامت نيكول فاش، المتعاونة مع Mumpower وعالمة TRIUMF، بحساب كيف ستؤدي عملية r إلى الإنتاج المشترك للمعادن الخفيفة الدقيقة مثل الروثينيوم والروديوم والبلاديوم والفضة – بالإضافة إلى نوى الأتربة النادرة، مثل اليوروبيوم والجادولينيوم والديسبروسيوم. والهولميوم.
يمكن اختبار هذا التنبؤ ليس فقط من خلال النظر إلى اندماجات النجوم النيوترونية، ولكن أيضًا من خلال النظر إلى وفرة العناصر في النجوم التي تم إثرائها بمواد تم إنشاؤها بواسطة عملية r.
— أحيانًا ما يحدث خلل في النجوم الأكثر تطرفًا في عالمنا — ربما نعرف الآن السبب
— تلسكوب جيمس ويب الفضائي يرصد تصادمًا عنيفًا بين النجوم النيوترونية
– قد تنبع الانفجارات الإشعاعية الغامضة من النجوم الأكثر تطرفًا في عالمنا
نظر هذا البحث الجديد إلى 42 نجمًا ووجد الارتباط الدقيق الذي تنبأ به فاش، مما يظهر علامة واضحة على انشطار العناصر الأثقل من تلك الموجودة في الجدول الدوري واضمحلالها، مما يؤكد أيضًا أن تصادمات النجوم النيوترونية هي بالفعل المواقع التي توجد فيها العناصر الأثقل من الحديد مزورة.
“إن الارتباط قوي جدًا في النجوم المعززة بعملية r حيث لدينا بيانات كافية. كل وقت الطبيعة تنتج ذرة من الفضة، كما أنها تنتج نوى أرضية نادرة أثقل بالتناسب. واختتم مامباور حديثه قائلاً: “إن تكوين مجموعات العناصر هذه يسير على قدم وساق. لقد أظهرنا أن آلية واحدة فقط يمكن أن تكون مسؤولة – الانشطار – وكان الناس يثيرون أدمغتهم حول هذا الأمر منذ الخمسينيات من القرن الماضي”.
نُشر بحث الفريق في عدد 6 ديسمبر من المجلة علوم.