آخرین خبر/یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که فلزات سنگین مانند طلا ممکن است از طریق فوران‌هایی در نوع نادری از ستارگان به نام مگنتار (Magnetar) تشکیل شده باشند. حتی اگر زمین اولیه آب و اکسیژن داشت، سیاره همچنان به ماده دیگری برای شکوفایی حیات نیاز داشت: فلزات سنگین. بدون آن‌ها، تلفن‌های همراه ما، هسته زمین و حتی متابولیسم انسانی وجود نداشتند. اما دانشمندان مدت‌هاست که در مورد چگونگی منشأ و گسترش این عناصر در جهان ما شگفت‌زده بوده‌اند.

به نقل از ، پژوهش های جدید نشان داده است که عناصر سنگین‌تر، از آهن گرفته تا اورانیوم، ممکن است از طریق فوران‌هایی در نوع نادری از ستارگان به نام مگنتار تشکیل شده باشند. طبق مطالعه‌ای که روز سه‌شنبه در نشریه استروفیزیکال ژورنال لترز (The Astrophysical Journal Letters) منتشر شد، مگنتارها، که از قبل از تشکیل منظومه شمسی وجود داشته‌اند، می‌توانستند منبع اولیه فلزات گرانبها – مانند طلا – در سیاره ما باشند.
آنی‌رود پاتل، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: «اگر به مواد اولیه سازنده همه چیز فکر کنید، آن‌ها فقط نوترون، پروتون و الکترون هستند. سوال این است که طبیعت چگونه این بلوک‌های سازنده اساسی را به ماده پیچیده‌ای که در اطراف خود می‌بینیم، تبدیل می‌کند.»

کاوش چگال‌ترین اجرام در جهان ما
در طول سال‌ها، دانشمندان لیستی از الزامات برای آنچه می‌تواند فلزات سنگین را بسازد، ارائه کرده‌اند: اول، مقادیر زیادی نوترون و پروتون در یک منطقه چگال که می‌توانند با یکدیگر برخورد کنند. دوم، مقادیر بسیار بیشتری از نوترون‌ها نسبت به پروتون‌ها مورد نیاز است؛ در غیر این صورت، پروتون‌ها یکدیگر را دفع می‌کنند و پیوندهای داخلی در هسته از هم می‌پاشند.
یک پاسخ واضح (اگر اختر فیزیکدان باشید) ستارگان نوترونی (Neutron Stars) هستند. آن‌ها چگال‌ترین جرم شناخته شده در جهان ما هستند و به معنای واقعی کلمه مملو از نوترون هستند. هنگامی که یک ستاره عظیم تحت انفجار ابرنواختری قرار می‌گیرد و هسته آن فرو می‌ریزد، هسته فروریخته باقی‌مانده همان ستاره نوترونی است. این ستاره می‌تواند حدود دو برابر جرم خورشید ما باشد اما در جرمی به اندازه واشنگتن دی‌سی فشرده شده است.
اریک برنز، یکی از نویسندگان این مطالعه و اختر فیزیکدان در دانشگاه ایالتی لوئیزیانا، گفت: «اگر ستاره نوترونی را مختل کنید، اکنون چگال‌ترین ماده در جهان را آزاد کرده‌اید که عمدتاً از نوترون تشکیل شده است.»
در سال ۲۰۱۷، دانشمندان برای اولین بار ادغام دو ستاره نوترونی را شناسایی کردند که ثابت شد یک کارخانه فلز واقعی است. مقدار طلای ایجاد شده از این رویداد چندین برابر جرم زمین بود.
پاتل، دانشجوی دکترا در دانشگاه کلمبیا، گفت: «آن واقعاً اولین باری بود که ما توانستیم به طور مشاهده‌ای تأیید کنیم که این عناصر سنگین می‌توانند در ادغام دو ستاره نوترونی تولید شوند.»
اما او گفت که ادغام ستارگان نوترونی نمی‌تواند تنها منبع باشد. اولاً، این رویدادها نسبتاً دیر در تاریخ کهکشانی رخ می‌دهند، که توضیح نمی‌دهد چگونه ستارگانی که زودتر در جهان تشکیل شده‌اند، این فلزات سنگین را داشته‌اند. ثانیاً، این ادغام‌ها نیز بسیار نادر بودند – تقریباً هر ۱۰۰,۰۰۰ سال یک بار – و نمی‌توانستند تنها تأمین‌کننده فلزات سنگین در سراسر جهان باشند.
در اعماق فضای تاریک، منبع احتمالی دیگری به معنای واقعی کلمه آشکار شد.

فوران درخشان پرتوهای گاما
ستارگان نوترونی انواع مختلفی دارند. یک ستاره نوترونی اساسی را در نظر بگیرید، شدیدترین میدان مغناطیسی را بر روی آن قرار دهید و یک مگنتار به دست می‌آورید. اکنون، فوران آن مگنتار را تماشا کنید. تیم مشکوک بود که این فوران، احتمالاً برای ایجاد یک هجوم واقعی طلا کافی باشد.
برنز گفت: «شما چگال‌ترین جرم در جهان، قوی‌ترین میدان‌های مغناطیسی را می‌گیرید و آن را می‌شکنید. آن آزاد شدن انرژی بسیار عظیم است.»
مگنتارها در جهان نادر هستند، اما اغلب فوران می‌کنند و تصور می‌شود که در اوایل کهکشان ما وجود داشته‌اند – زودتر و بیشتر از رویدادهای ادغام ستاره نوترونی رخ می‌دهند. اما دانشمندان همچنان باید مشاهده می‌کردند که آیا یک فوران غول‌پیکر مگنتار می‌تواند فلزات سنگین را ایجاد کند.
تنها سه مورد از این «فوران‌های غول‌پیکر مگنتار» چشمگیر در ۶۰ سال گذشته مستند شده‌اند، اما رویداد اصلی در سال ۲۰۰۴ مشاهده شد. یک مگنتار با چنان انرژی عظیمی فوران کرد که حتی با وجود اینکه ۳۰,۰۰۰ سال نوری فاصله داشت، بر یونوسفر زمین تأثیر گذاشت. (می‌توانید یک سناریوی آخرالزمانی متفاوت برای زمین را تصور کنید اگر فوران نزدیک‌تر به ما رخ می‌داد، اما تیم به ما اطمینان داد که هیچ مگنتاری به اندازه کافی نزدیک نیست که ما را نابود کند.)
برایان متزگر، یکی از نویسندگان مطالعه و اختر فیزیکدان در دانشگاه کلمبیا، گفت: «فوران از اساساً آن سوی کهکشان ما توانست تأثیر بسیار زیادی بر زمین بگذارد.» این فوران «احتمالاً درخشان‌ترین چیز الکترومغناطیسی بود که تا به حال در خارج از منظومه شمسی خود دیده‌ایم.»
مگنتار یک فوران قدرتمند نور از خود ساطع کرد. اما همچنین موادی را از سطح ستاره نوترونی بیرون راند.
پاتل گفت: «همانطور که مواد از ستاره خارج، منبسط و سرد شدند، پروتون‌ها و نوترون‌ها اساساً دوباره ترکیب شدند تا عناصر سنگین‌تر و سنگین‌تری مانند طلا، پلاتین و اورانیوم را تشکیل دهند – فرآیندی که جذب سریع نوترون (rapid-neutron capture) نامیده می‌شود. همانطور که این عناصر سنگین تولید می‌شوند، رادیواکتیو و ناپایدار هستند. سپس آن‌ها به اشکال پایدار خود تجزیه می‌شوند و در این فرآیند انرژی را به شکل پرتوهای گاما آزاد می‌کنند.»
پاتل و تیم پیش‌بینی کردند که چه عناصری ممکن است تولید شده باشند و کل مقدار انرژی پرتو گاما آزاد شده از عناصر در حال تجزیه چقدر است. هنگامی که تیم داده‌های واقعی پرتو گاما را از فوران مشاهده کردند، از نزدیک بودن پیش‌بینی‌هایشان با مشاهدات شگفت‌زده شدند. این فوران مقدار عظیمی از عناصر سنگین‌تر را تولید کرد که از جرم مریخ فراتر رفت.
هسین-یو چن، اختر فیزیکدان دانشگاه تگزاس در آستین که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: «این یک پیشرفت بسیار هیجان‌انگیز است. این شواهد مشاهده‌ای جدیدی را برای روش دیگری که عناصر سنگین می‌توانند در جهان تشکیل شوند، نشان می‌دهد.»
آنا فربل، استاد فیزیک و رئیس اخترفیزیک در MIT، که او نیز در این مطالعه شرکت نداشت، افزود: «دانشمندان مدت‌هاست گمان می‌برند که عناصر سنگین به روش‌های متعددی تشکیل شده‌اند، اما تا کنون نتوانسته بودند به طور قطعی آن را نشان دهند»
هر دو موافق بودند که این یافته‌ها می‌تواند به توضیح چگونگی تشکیل عناصر سنگین در اوایل جهان به روش‌هایی که ادغام ستارگان نوترونی نمی‌توانند، کمک کند.
فربل گفت، در سطح فوری‌تر، اکنون می‌توانیم بگوییم که جواهرات طلا و پلاتین ما احتمالاً از فوران‌های انفجاری و ادغام ستارگان نوترونی آمده‌اند «که میلیاردها سال پیش از تولد خورشید فعالیت می‌کردند.»
به طور کلی، تیم دریافت که تمام فوران‌های غول‌پیکر مگنتار می‌توانند ۱ تا ۱۰ درصد از تمام عناصر سنگین‌تر از آهن در کهکشان را تشکیل دهند. ادغام ستارگان نوترونی نیز سهم دارند، اما این همچنان احتمالاً شکافی را برای توجیه مقادیر باقیمانده فلزات سنگین باقی می‌گذارد.
پاتل گفت که هرگونه کاوش بیشتر مستلزم سرمایه‌گذاری مداوم است. یک جهش بزرگ می‌تواند با پرتاب احتمالی طیف‌سنج و تصویرگر کامپتون ناسا (COSI) در سال ۲۰۲۷، یک تلسکوپ پرتو گاما که قادر به شناسایی عناصر منفرد تشکیل شده از رویدادهایی مانند فوران‌های غول‌پیکر مگنتار خواهد بود، رخ دهد.
پاتل گفت: «ما می‌خواهیم در نهایت تصویر منشأ عناصر سنگین را تکمیل کنیم،» و افزود که تحقیقات او دانش و منابعی را از بنیاد ملی علوم، ناسا و وزارت انرژی و دیگران دربرگرفته است. «سایت‌های اخترفیزیکی دیگری وجود دارند که عناصر سنگین را تولید می‌کنند و ما هنوز آن‌ها را کشف نکرده‌ایم.»

خبرنگار: زینب مومن زاده