يُعتقد أن الذهب الذي يتكون منه الخاتم والمجوهرات واليورانيوم المستخدم كوقود في محطات الطاقة النووية يأتي من الظروف العنيفة التي تنشأ عندما يصطدم نجمان ميتان شديدا الكثافة يطلق عليهما النجوم النيوترونية.
يولد هذا الاصطدام بين النجوم النيوترونية أيضًا تموجات في الزمكان تسمى موجات الجاذبية، وانفجارات إشعاع عالي الطاقة تسمى انفجارات أشعة جاما، وومضًا من الضوء يسمى كيلونوفا يمكن اكتشافه هنا على الأرض. تم الكشف عن التوقيعات من مثل هذا الحدث في 17 أغسطس 2017.
الآن، استخدم فريق من العلماء، بما في ذلك باحثون من معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية وجامعة بوتسدام، أداة برمجية متقدمة لتحليل بصمات انفجار كيلونوفا هذا، وإضافة بيانات من عمليات رصد الراديو والأشعة السينية لكائنات أخرى. النجوم النيوترونية وحسابات الفيزياء النووية ونتائج تجارب الاصطدام التي أجريت في مسرعات الجسيمات هنا على الأرض.
يمكن أن يساعد هذا الجهد في فهم أفضل للبيئات الغريبة والمضطربة التي تتولد عندما تتصادم النجوم الميتة شديدة الكثافة معًا لإنشاء المواقع الوحيدة التي يعرفها العلماء والتي يمكنها تشكيل عناصر أثقل من الحديد.
متعلق ب: يمكن أن يهدد انفجار كيلونوفا قريب كل أشكال الحياة على الأرض. ولكن لا تقلق
“ستساعد طريقتنا الجديدة في تحليل خصائص المادة عند الكثافات القصوى. كما ستسمح لنا بفهم أفضل لتوسع الكون وإلى أي مدى تتشكل العناصر الثقيلة أثناء اندماج النجوم النيوترونية”، هذا ما قاله عضو الفريق ومعهد ماكس بلانك للأبحاث. وقال عالم فيزياء الجاذبية تيم ديتريش في بيان.
تحطيم النجوم النيوترونية كمختبرات كونية متطرفة
تولد النجوم النيوترونية عندما تصل النجوم الضخمة إلى نهاية وقودها اللازم للاندماج النووي في قلبها. يؤدي هذا إلى انهيار هذا النواة بسرعة بينما تبتعد الطبقات الخارجية للنجم، تاركة وراءها جسمًا كتلته تتراوح بين مرة أو مرتين كتلة الشمس، مضغوطًا في عرض يعادل مدينة هنا على الأرض، حوالي 12 ميلًا. (20 كيلومترا).
ونتيجة لذلك، فإن المادة التي يتألف منها النجم النيوتروني كثيفة للغاية لدرجة أن مجرد كتلة منها بحجم مكعب السكر، عند إحضارها إلى الأرض، قد تزن ما يصل إلى 3000 مبنى إمباير ستيت أو الجنس البشري بأكمله. تعتبر هذه المادة النجمية الميتة أيضًا غير عادية لأنها غنية بالنيوترونات، وهي جسيمات محصورة عادة في النوى الذرية مع البروتونات.
عندما تتصادم النجوم النيوترونية، يتم إطلاق رذاذ من هذه المادة الغنية بالنيوترونات إلى الفضاء. وهذا يخلق بيئة مليئة بالنيوترونات الحرة التي يمكن أن تلتقطها ذرات أخرى بسرعة، مما يخلق عناصر ثقيلة للغاية تتجاوز حدود الجدول الدوري – وهو ما أطلق عليه العلماء “عملية الالتقاط السريع” أو “عملية r”.
هذه العناصر غير مستقرة وتتحلل إلى عناصر ثقيلة مستقرة مثل الذهب واليورانيوم. ويصاحب هذا الاضمحلال انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي، وهو الضوء الذي يشكل وميض الكيلونوفا.
وهذا يعني أن دراسة الكيلونوفا التي تحدث بعد اندماج نجم نيوتروني هي الطريق الفريد لدراسة العمليات الفيزيائية التي تشكل عناصر تتجاوز الحديد، والتي لا يمكن إنشاؤها في القلوب النارية حتى للنجوم الأكثر ضخامة.
حتى الآن، تم تسجيل اندماج واحد فقط لنجوم نيوترونية في نظام ثنائي متقلص في موجات الجاذبية والانبعاثات الكهرومغناطيسية.
وقد ظهر هذا الحدث، المسمى GW170817، من اصطدام نجوم نيوترونية تقع على بعد 130 مليون سنة ضوئية من الأرض، والتي دارت معًا واندمجت، مما أدى إلى إنشاء إشارات تم رصدها هنا على الأرض في عام 2017.
استخدم الفريق برمجياتهم لإنشاء نموذج لهذا الحدث يتكون من موجات الجاذبية من الحلزونات القليلة الأخيرة لهذه النجوم النيوترونية حول بعضها البعض قبل اصطدامها، وانفجار أشعة جاما الذي انطلق عند حدوث الاصطدام، وانبعاث الكيلونوفا المنبعث من النجم النيوتروني. البيئة المحيطة بالاندماج بين أيام وسنوات بعد حدوثه.
وقال عضو الفريق والعالم في جامعة أوتريخت بيتر تي إتش بانغ: “من خلال تحليل البيانات بشكل متماسك ومتزامن، نحصل على نتائج أكثر دقة”.
وقد سمح ذلك للفريق بتقديم تفاصيل دقيقة عما حدث خلال اندماج النجم النيوتروني الذي حدث منذ أكثر من 130 مليون سنة والذي كان من شأنه أن يُثري محيطه بالذهب واليورانيوم والعناصر الثقيلة الأخرى.
متعلق ب
– مفاجأة! يؤدي اصطدام النجوم النيوترونية إلى إنشاء انفجارات “كيلونوفا” كروية تمامًا
– يُحدث انفجار “كيلونوفا” الضخم المحتمل شفقًا ملحميًا
– اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي عنصرًا كيميائيًا ثقيلًا نادرًا من انفجار “كيلونوفا”.
ومن المفترض أن يكون النموذج الذي طوره الفريق مناسبًا للاستخدام في تفصيل الأحداث التي تحدث عند تصادم النجوم النيوترونية الأخرى.
سيتم تعزيز هذا البحث عندما يتلقى مرصد موجات الجاذبية بمقياس التداخل الليزري (LIGO) ومقره الولايات المتحدة، وVirgo ومقره إيطاليا، وكاشف موجات الجاذبية Kamioka ومقره اليابان (KAGRA) ترقيات قبل عمليات المراقبة المستقبلية التي من شأنها ” سماع المزيد من التموجات في الزمكان التي تطلقها اصطدامات النجوم النيوترونية.