دراسة: النجوم المُتفجِّرة وحدها لا يمكن أن تفسِّر وفرة العناصر الثقيلة

كشفت دراسة جديدة أنّه لا يمكن للنجوم المتفجرة وحدها أن تفسر وفرة العناصر الثقيلة الناتجة عن عملية التقاط النيوترون السريعة. توصل إلى هذا الاستنتاج فريق دولي من الباحثين، بقيادة أنطون فالنر في الجامعة الوطنية الأسترالية، بعد تحليل وفرة البلوتونيوم ونظائر الحديد في عينة من قشرة أعماق البحار.

يقترح البحث أنّ الأحداث الكارثية الأخرى، مثل اندماج النجوم النيوترونية، يمكن أن تكون مسؤولة عن تكوين بعض العناصر الثقيلة.

تتشكل العناصر الأثقل من الحديد في الأجسام الفيزيائية الفلكية حيث تستطيع النوى التقاط النيوترونات على التوالي.

بالنسبة لنحو نصف النويدات الثقيلة، يحدث هذا الالتقاط النيوتروني ببطء في النوى النجمية في ما يسمى “عملية-s” للتخليق النووي. يتم تكوين النويدات الثقيلة الأخرى – مثل البلوتونيوم – بسرعة في بيئات أكثر عنفًا بوساطة “عملية-r”.

يجادل بعض علماء الفلك بأنّه لا يمكن لعملية-r أن تحدث إلا ضمن أنواع معينة من السوبرنوفا (النجوم المتفجرة)، بينما يقترح البعض الآخر أنّ الأحداث العنيفة مثل اندماج النجوم النيوترونية يجب أن تكون مسؤولة جزئيًا على الأقل عن العناصر الثقيلة من حولنا.

قام فريق فالنر بتسليط ضوء جديد على هذا الجدال من خلال تحليل عينة أساسية من قشرة الأرض، مأخوذة من 1500 متر تحت سطح المحيط الهادئ. تحتوي العينة على سجل جيولوجي يمتد على مدى العشرة ملايين سنة الماضية، كما قاس الباحثون وفرة نويدتين محددتين في الصخر.

إحدى النويدتين كانت الحديد-60، الذي يتم إنتاجه داخل نوى النجوم الضخمة، ويتم طرده في الفضاء فقط عندما تنفجر النجوم بشكل سوبرنوفا.

عمر الحديد-60 النصف يبلغ 2.6 مليون سنة، لذا فإنّ أي حديد-60 موجود في قشرة الأرض لا بدّ أنّه تم التخلص منه من السوبرنوفا المحلية نسبيًا إلى النظام الشمسي.

كانت النويدة الثانية التي بحث عنها الفريق هي البلوتونيوم-244، والذي لا يمكن إنتاجه إلا بوساطة عملية-r. يبلغ عمره النصف 80.6 مليون سنة، لذا يمكن أن ينشأ البلوتونيوم-244 في القشرة الأرضية من أحداث أبعد وأقدم بكثير.

اكتشف فالنر وزملاؤه في عينتهم تدفقات مميزة من الحديد-60، مما يشير إلى حدوث سوبرنوفا محلية في العشرة ملايين سنة الماضية. كل حدث من هذه الأحداث دفع أيضًا كميات أصغر من البلوتونيوم-244، مع نسب مماثلة بين النويدات لكل حدث.

على الرغم من أنّ البيانات تظهر أنّ كلا النويدتين مرتبطتان بنجوم متفجرة، إلا أنّ نسب البلوتونيوم-244 إلى الحديد-60 المقاسة لكلا الحدثين أقل مما كان متوقعًا إذا تم إنتاج النيوكليدات في السوبرنوفا وحده.

يشير هذا إلى أنّ البلوتونيوم-244 ونويدات عملية-r الأخرى تكونت في أحداث فيزيائية فلكية بالإضافة إلى السوبرنوفا.

من بين الأفكار الأكثر شيوعًا أنّ نويدات عملية-r يتم إنتاجها أثناء اندماج النجوم النيوترونية، كالحدث الذي تم اكتشافه سنة 2017 بوساطة الموجات الثقالية والتلسكوبات التقليدية.

يمكن أن توفر الملاحظات المستقبلية لعمليات الاندماج هذه معلومات مهمة حول أصول العناصر الثقيلة.

–