يرى الفلكيون السترونتيوم في حطام كيلونوفا ، وهو دليل على أن اصطدامات نيوترون النجمية تصنع العناصر الثقيلة في الكون

Send

رصد علماء الفلك السترونتيوم في أعقاب تصادم بين نجمين نيوترونيين. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تحديد عنصر ثقيل على الإطلاق في كيلونوفا ، في أعقاب المتفجرات من هذه الأنواع من التصادمات. الاكتشاف يسد فجوة في فهمنا لكيفية تشكل العناصر الثقيلة.

في عام 2017 ، رصد مرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO) ومرصد VIRGO الأوروبي موجات الجاذبية القادمة من اندماج نجمين نيوترونيين. تم تسمية حدث الاندماج GW170817 ، وكان على بعد حوالي 130 مليون سنة ضوئية في المجرة NGC 4993.

يُطلق على الكيلونوفا الناتجة اسم AT2017gfo ، وقد قام المرصد الجنوبي الأوروبي (ESO) بتوجيه العديد من مقاريبها إليه لرصده بأطوال موجية مختلفة. على وجه الخصوص ، أشاروا إلى التلسكوب الكبير جدًا (VLT) وأداة X-shooter الخاصة به في كيلونوفا.

X-shooter عبارة عن مطياف متعدد الأطوال الموجية يلاحظ في الضوء المرئي فوق البنفسجي B (UVB ،) والأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR.) في البداية ، اقترحت بيانات X-shooter أن هناك عناصر أثقل موجودة في كيلونوفا. لكن حتى الآن ، لم يتمكنوا من تحديد العناصر الفردية.

"هذه هي المرحلة الأخيرة من مطاردة استمرت لعقود لتحديد أصل العناصر."
داراتش واتسون ، مؤلف رئيسي ، جامعة كوبنهاغن.

يتم عرض هذه النتائج الجديدة في دراسة جديدة بعنوان "تحديد السترونتيوم في اندماج نجمين نيوترونيين". المؤلف الرئيسي هو داراتش واتسون من جامعة كوبنهاغن في الدنمارك. تم نشر الورقة في المجلة طبيعة في 24 أكتوبر 2019.

قال واتسون في بيان صحفي: "بإعادة تحليل بيانات عام 2017 من الاندماج ، حددنا الآن توقيع عنصر ثقيل واحد في كرة النار ، السترونتيوم ، يثبت أن اصطدام النجوم النيوترونية يخلق هذا العنصر في الكون".

ويسمى تزوير العناصر الكيميائية التخليق النووي. لقد عرف العلماء عنه منذ عقود. نحن نعلم أن العناصر تتشكل في المستعرات الأعظمية ، وفي الطبقات الخارجية للنجوم القديمة ، وفي النجوم العادية. ولكن كانت هناك فجوة في فهمنا عندما يتعلق الأمر بالتقاط النيوترون ، وكيف تتشكل العناصر الثقيلة. بحسب واتسون ، فإن هذا الاكتشاف يملأ تلك الفجوة.

يقول واتسون: "هذه هي المرحلة الأخيرة من مطاردة استمرت عقودًا لتحديد أصل العناصر". "نحن نعلم الآن أن العمليات التي خلقت العناصر حدثت في الغالب في النجوم العادية ، أو في انفجارات السوبرنوفا ، أو في الطبقات الخارجية للنجوم القديمة. ولكن ، حتى الآن ، لم نكن نعرف مكان العملية النهائية غير المكتشفة ، والمعروفة باسم الالتقاط السريع للنيوترونات ، والتي خلقت العناصر الأثقل في الجدول الدوري. "

هناك نوعان من التقاط النيوترونات: سريع وبطيء. كل نوع من التقاط النيوترون مسؤول عن تكوين حوالي نصف العناصر أثقل من الحديد. يسمح الالتقاط السريع للنيوترون للنواة الذرية بالتقاط النيوترونات بشكل أسرع مما يمكن أن تتحلل ، مما يخلق عناصر ثقيلة. تم العمل على هذه العملية منذ عقود ، وأشارت الأدلة الظرفية إلى كيلونوفا كالمكان المحتمل لعملية التقاط النيوترونات السريعة. ولكن لم يلاحظ ذلك قط في موقع الفيزياء الفلكية ، حتى الآن.

النجوم ساخنة بما يكفي لإنتاج العديد من العناصر. ولكن فقط البيئات الساخنة الأكثر تطرفاً يمكنها إنشاء عناصر أثقل مثل Strontium. فقط تلك البيئات ، مثل هذا الكيلونوفا ، لديها ما يكفي من النيوترونات المجانية حولها. في كيلونوفا ، تتعرض الذرات لقصف مستمر بأعداد هائلة من النيوترونات ، مما يسمح لعملية التقاط النيوترونات السريعة بإنشاء عناصر أثقل.

تقول Camilla Juul: "هذه هي المرة الأولى التي يمكننا فيها ربط المواد التي تم إنشاؤها حديثًا والتي تم تشكيلها عن طريق التقاط النيوترون بدمج النجوم النيوترونية ، مما يؤكد أن النجوم النيوترونية مصنوعة من النيوترونات وربط عملية الالتقاط السريع للنيوترونات التي كانت محل نقاش طويل بهذه الاندماجات". هانسن من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في هايدلبرغ ، الذي لعب دورًا رئيسيًا في الدراسة.

على الرغم من أن بيانات X-shooter كانت موجودة منذ بضع سنوات ، لم يكن علماء الفلك متأكدين من أنهم يرون السترونتيوم في كيلونوفا. اعتقدوا أنهم يرون ذلك ، لكنهم لم يتمكنوا من التأكد على الفور. إن فهمنا لعمليات الاندماج بالكيلونوفا والنجم النيوتروني أبعد ما يكون عن الاكتمال. هناك تعقيدات في أطياف X-shooter للكيلونوفا التي يجب العمل عليها ، خاصة عندما يتعلق الأمر بتحديد أطياف العناصر الثقيلة.

“لقد توصلنا في الواقع إلى فكرة أننا قد نرى السترونتيوم بسرعة كبيرة بعد الحدث. ومع ذلك ، تبين أن هذا كان واضحًا ، حيث تبين أن الحالة صعبة للغاية. يقول جونتان سيلسنج ، الباحث في جامعة كوبنهاغن ، الذي كان مؤلفًا رئيسيًا على الورقة: "كانت هذه الصعوبة بسبب معرفتنا غير المكتملة للغاية بالمظهر الطيفي للعناصر الثقيلة في الجدول الدوري".

حتى الآن ، كان الالتقاط السريع للنيوترون محل جدل كبير ، لكنه لم يلاحظ أبدًا. يملأ هذا العمل أحد الثقوب في فهمنا لعملية التخليق النووي. لكنها تذهب أبعد من ذلك. تؤكد طبيعة النجوم النيوترونية.

بعد أن اكتشف جيمس شادويك النيوترون في عام 1932 ، اقترح العلماء وجود النجم النيوتروني. في ورقة عام 1934 ، قدم الفلكيان فريتز تسويكي ووالتر بايد وجهة نظر مفادها أن "نوفا عظمى تمثل انتقال نجم عادي إلىالنجم النيوترونيتتكون بشكل رئيسي من النيوترونات. قد يكون لهذا النجم نصف قطر صغير جدًا وكثافة عالية للغاية. "

بعد ثلاثة عقود ، تم ربط النجوم النيوترونية وتحديدها بالنجوم النابضة. لكن لم يكن هناك طريقة لإثبات أن النجوم النيوترونية مصنوعة من النيوترونات ، لأن الفلكيين لم يتمكنوا من الحصول على تأكيد طيفي.

لكن هذا الاكتشاف ، من خلال تحديد السترونتيوم ، الذي كان يمكن تصنيعه فقط تحت التدفق الشديد للنيوترونات ، يثبت أن النجوم النيوترونية مصنوعة بالفعل من النيوترونات. كما يقول المؤلفون في ورقتهم ، "إن تحديد عنصر ما كان يمكن توليفه بسرعة كبيرة تحت تدفق نيوتروني شديد ، يوفر أول دليل مطيفي مباشر على أن النجوم النيوترونية تشتمل على مادة غنية بالنيوترونات".

هذا عمل مهم. لقد ربط الاكتشاف بفتحتين في فهمنا لأصل العناصر. ويؤكد بشكل ملاحظ ما عرفه العلماء نظريا. وهذا جيد دائمًا.