عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
شهد علماء الفلك اصطداما عملاقا بين نجمين نيوترونيين أدى إلى ولادة أصغر ثقب أسود شوهد على الإطلاق، وتشكل معادن ثمينة مثل الذهب والفضة واليورانيوم.
تم التقاط الصورة التي التقطها الفريق لهذا الاصطدام العنيف والقوي، الذي حدث على بعد 130 مليون سنة ضوئية منا في المجرة NGC 4993، باستخدام مجموعة من الأدوات، بما في ذلك تلسكوب هابل الفضائي. ونأمل أن ترسم صورة “للماضي والحاضر والمستقبل” من اندماجات هذه النجوم الميتة الكثيفة. قد يكشف هذا عن أصول العناصر الأثقل من الحديد، والتي لا يمكن تشكيلها حتى في النجوم الأكثر ضخامة.
يؤدي اصطدام النجوم النيوترونية واندماجها إلى انفجار قوي من الضوء يسمى “كيلونوفا”. وبينما يتوسع حطام هذا الحدث بسرعة الضوء تقريبًا، يضيء الكيلونوفا محيطه بضوء ساطع مثل مئات الملايين من الشموس.
وصل فريق من الباحثين بقيادة علماء من مركز Cosmic DAWN في معهد نيلز بور إلى هذه الصورة الجديدة لاندماجات النجوم النيوترونية عندما شرعوا في التحقيق في أسرار الكيلونوفا.
وقال عضو الفريق راسموس دامجارد، الباحث في مركز Cosmic DAWN، في بيان: “يمكننا الآن رؤية اللحظة التي تتحد فيها النوى الذرية والإلكترونات في الشفق”. ولأول مرة، نرى خلق الذرات، ويمكننا قياس درجة حرارة المادة، ويمكننا أن نرى الفيزياء الدقيقة في هذا الانفجار البعيد”.
“إن الأمر يشبه الإعجاب بالإشعاعات الخلفية الكونية الثلاثة التي تحيط بنا من جميع الجوانب، ولكن هنا، يمكننا رؤية كل شيء من الخارج. فنحن نرى قبل وأثناء وبعد لحظة ولادة الذرات.”
الذهب الموجود في مجوهراتك جاء من أعنف أحداث الكون
تولد النجوم النيوترونية عندما تستنفد النجوم التي تبلغ كتلتها 8 أضعاف كتلة الشمس على الأقل وقودها من أجل الاندماج النووي ولم تعد قادرة على دعم نفسها ضد جاذبيتها.
تنفجر الطبقات الخارجية لهذه النجوم في انفجارات المستعرات الأعظم، تاركة بقايا نجمية ذات كتلة تعادل ما بين شمس إلى شمسين مسحوقة في قطر يبلغ حوالي 12 ميلًا (20 كيلومترًا).
يؤدي انهيار النواة إلى قوى الإلكترونات والبروتونات معًا، مما يخلق بحرًا من الجسيمات تسمى النيوترونات. هذه المادة كثيفة جدًا لدرجة أن مجرد مكعب سكر من مادة النجم النيوتروني سيزن مليار طن إذا تم جلبه إلى الأرض. وهذا يعادل تقريبًا حشر 150 مليون فيل في نفس المساحة التي يشغلها مكعب السكر.
ربما ليس من المستغرب أن تلعب هذه المادة المتطرفة والغريبة دورًا رئيسيًا في تكوين عناصر أثقل من الحديد.
لا تعيش النجوم النيوترونية دائمًا في عزلة. بعض هذه النجوم الميتة تحتل أنظمة ثنائية مع رفيق معيشة نجم. في حالات نادرة، يكون هذا النجم المرافق أيضًا ضخمًا بما يكفي لتكوين نجم نيوتروني، ولا “يطرد” بسبب انفجار المستعر الأعظم الذي يخلق أول نجم نيوتروني.
والنتيجة هي نظام يحتوي على نجمين نيوترونيين يدوران حول بعضهما البعض. هذه الأجسام كثيفة للغاية لدرجة أنها عندما تدور حول بعضها البعض، فإنها تولد تموجات في الزمكان (التوحيد رباعي الأبعاد للمكان والزمان) تسمى موجات الجاذبية التي تموج عبر الفضاء، وتحمل الزخم الزاوي بعيدًا.
ومع فقدان النظام للزخم الزاوي، يضيق مدار النجوم النيوترونية، مما يعني أن النجوم النيوترونية تقترب من بعضها البعض. يؤدي هذا إلى انتشار موجات الجاذبية بشكل أسرع فأسرع، وتحمل المزيد والمزيد من الزخم الزاوي.
وينتهي هذا الوضع عندما تكون النجوم النيوترونية قريبة بدرجة كافية لتتولى جاذبيتها الهائلة وسحب هذه النجوم الميتة الكثيفة للغاية معًا لتتصادم وتندمج.
يؤدي هذا الاصطدام إلى إطلاق مادة غنية بالنيوترونات تصل درجات حرارتها إلى عدة مليارات من الدرجات، أي أكثر سخونة بآلاف المرات من حرارة الشمس. درجات الحرارة هذه شديدة الحرارة لدرجة أنها تشبه درجات الحرارة في الكون الذي يتضخم بسرعة بعد ثانية واحدة فقط من الانفجار الكبير.
تتراقص الجسيمات المقذوفة مثل الإلكترونات والنيوترونات حول الجسم، والتي تولد عن طريق النجوم النيوترونية المتصادمة، والتي تنهار بسرعة لتشكل ثقبًا أسود في ضباب البلازما الذي يبرد خلال الأيام القليلة التالية.
تقوم الذرات الموجودة في سحابة البلازما المبردة هذه بجذب النيوترونات الحرة بسرعة عبر ما يسمى بعملية الالتقاط السريع للنيوترونات (عملية r) وأيضًا إيقاع الإلكترونات الحرة في شرك. وهذا يخلق جسيمات ثقيلة جدًا ولكنها غير مستقرة وتتحلل بسرعة. يطلق هذا الاضمحلال الضوء الذي يراه علماء الفلك على أنه كيلونوفا، ولكنه يخلق أيضًا عناصر أخف وزنًا لا تزال أثقل من الحديد، مثل الذهب والفضة واليورانيوم.
رأى هذا الفريق توهجًا للجسيمات يتم اختطافها لتكوين عناصر ثقيلة مثل السترونتيوم والإيتريوم، معتبرًا أن العناصر الثقيلة الأخرى قد تم إنشاؤها بلا شك في أعقاب اصطدام النجم النيوتروني.
وقال عضو الفريق كاسبر هاينتز، الباحث في معهد نيلز بور: “إن المادة تتوسع بسرعة كبيرة وتزداد في الحجم بسرعة كبيرة، إلى الحد الذي يستغرق فيه الضوء ساعات للانتقال عبر الانفجار”. “لهذا السبب، بمجرد مراقبة النهاية البعيدة للكرة النارية، يمكننا رؤية المزيد في تاريخ الانفجار. بالقرب منا، ارتبطت الإلكترونات بالنوى الذرية، ولكن على الجانب الآخر، على الجانب البعيد من الثقب الأسود حديث الولادة، “الحاضر” لا يزال مجرد المستقبل.”
قصص ذات صلة:
– قد يساعد النهج الجديد العلماء على رؤية ما بداخل النجم النيوتروني
– قد تكون النجوم النيوترونية بحجم مدينة أكبر مما كنا نعتقد
– أثقل نجم نيوتروني تم رصده على الإطلاق يقوم بتمزيق رفيقه
لم تكن نتائج الفريق ممكنة لولا تعاون التلسكوبات في جميع أنحاء العالم وخارجه.
وقال ألبرت سنيبن، قائد الفريق والباحث في معهد نيلز بور: “هذا الانفجار الفيزيائي الفلكي يتطور بشكل كبير ساعة بعد ساعة، لذلك لا يمكن لأي تلسكوب واحد متابعة قصته بأكملها. زاوية رؤية التلسكوبات الفردية للحدث محجوبة بسبب دوران الأرض”. في البيان. “ولكن من خلال الجمع بين القياسات الحالية من أستراليا وجنوب أفريقيا وتلسكوب هابل الفضائي، يمكننا متابعة تطورها بقدر كبير من التفصيل.”
نُشرت ورقة الفريق يوم الأربعاء (30 أكتوبر) في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.