النجوم القديمة مخلوقة من عناصر ثقيلة بشكل غير عادي

نشر موقع "سينس ديلي" تقريرا قال فيه إن فريقا دوليا من الباحثين اكتشف أن النجوم القديمة كانت قادرة على إنتاج عناصر ذات كتل ذرية أكبر من 260، وهي أثقل من أي عنصر في الجدول الدوري موجود بشكل طبيعي على الأرض. ويعمق هذا الاكتشاف فهمنا لتكوين العناصر في النجوم.

ووفق الصحيفة نقلا عن الباحثين، فإن النجوم هي مصانع العناصر، حيث تندمج العناصر أو تتفكك باستمرار لتكوين عناصر أخرى أخف أو أثقل. وعندما نشير إلى العناصر الخفيفة أو الثقيلة، فإننا نتحدث عن كتلتها الذرية.

بشكل عام، تعتمد الكتلة الذرية على عدد البروتونات والنيوترونات الموجودة في نواة ذرة واحدة من ذلك العنصر.

من المعروف أن العناصر الأثقل يتم إنشاؤها في النجوم النيوترونية فقط من خلال عملية الالتقاط النيوتروني السريع (r-process).

تخيل نواة ذرية واحدة تطفو في حساء من النيوترونات.

وفجأة، تلتصق مجموعة من تلك النيوترونات بالنواة في فترة زمنية قصيرة جدا - عادة في أقل من ثانية واحدة - ثم تخضع لبعض التغييرات الداخلية من نيوترون إلى بروتون وتحصل المعجزة.

ويتكون عنصر ثقيل مثل الذهب أو البلاتين أو اليورانيوم.

أثقل العناصر هي غير مستقرة أو مشعة، وهذا يعني أنها تضمحل مع مرور الوقت.

إحدى الطرق للقيام بذلك هي عن طريق الانقسام، وهي عملية تسمى الانشطار.

يقول إيان روديرير، أستاذ الفيزياء المساعد في جامعة ولاية كارولينا الشمالية والمؤلف الرئيسي للبحث، والذي عمل سابقا في جامعة ميتشيغان: "إن عملية الالتقاط النيوتروني السريع ضرورية إذا كنت تريد صنع عناصر أثقل من الرصاص والبزموت، على سبيل المثال".

ويضيف روديرير: "عليك إضافة العديد من النيوترونات بسرعة كبيرة، لكن المشكلة هي أنك تحتاج إلى الكثير من الطاقة والكثير من النيوترونات للقيام بذلك".

ويقول روديرير: "لدينا فكرة عامة عن كيفية عمل عملية الالتقاط النيوتروني، لكن ظروف العملية متطرفة للغاية. لكن ليس لدينا فكرة جيدة عن عدد الأنواع المختلفة من المواقع في الكون التي يمكنها توليد هذه العملية، ولا نعرف كيف تنتهي العملية، ولا يمكننا الإجابة عن أسئلة مثل، كم عدد النيوترونات التي يمكنك إضافتها؟ أو ما مدى ثقل العنصر؟ لذلك قررنا أن ننظر إلى العناصر التي يمكن أن تنشأ عن طريق الانشطار في بعض النجوم القديمة التي تمت دراستها جيدا لمعرفة ما إذا كان بإمكاننا البدء في الإجابة عن بعض هذه الأسئلة".

وألقى الفريق نظرة جديدة على كميات العناصر الثقيلة في 42 نجما مدروسا جيدا في درب التبانة.

من المعروف أن النجوم تحتوي على عناصر ثقيلة تشكلت من خلال عملية الالتقاط النيوتروني في الأجيال السابقة من النجوم.

ومن خلال إلقاء نظرة أوسع على كميات كل عنصر ثقيل موجود في هذه النجوم بشكل جماعي، وليس بشكل فردي كما هو أكثر شيوعا، فإنهم حددوا أنماطا لم يتم التعرف عليها سابقا.

تشير هذه الأنماط إلى أن بعض العناصر المدرجة بالقرب من منتصف الجدول الدوري - مثل الفضة والروديوم - كانت على الأرجح بقايا انشطار العناصر الثقيلة.

تمكن الفريق من تحديد أن عملية الالتقاط النيوتروني يمكن أن تنتج ذرات ذات كتلة ذرية لا تقل عن 260 قبل انشطارها.

يقول رويدرير: "إن رقم 260 مثير للاهتمام لأننا لم نكتشف من قبل أي شيء ثقيل هكذا في الفضاء أو بشكل طبيعي على الأرض، حتى في اختبارات الأسلحة النووية".

"لكن رؤيتها في الفضاء تعطينا إرشادات لكيفية التفكير في النماذج والانشطار - ويمكن أن تعطينا نظرة ثاقبة حول كيفية ظهور التنوع الغني للعناصر".