خلقت أكبر انفجارات الكون العناصر التي نصنعها، ولكن هناك مصدر غامض آخر

بعد “ولادته” في الانفجار الكبير، كان الكون يتكون بشكل رئيسي من الهيدروجين وبعض ذرات الهيليوم. هذه هي أخف العناصر في الجدول الدوري. جميع العناصر الأثقل من الهيليوم تم إنتاجها خلال 13.8 مليار سنة بين الانفجار الكبير وحتى يومنا هذا.

أنتجت النجوم العديد من هذه العناصر الأثقل من خلال عملية الاندماج النووي. ومع ذلك، فهو لا يفعل إلا العناصر الثقيلة مثل الحديد. إن تكوين أي عناصر ثقيلة يستهلك الطاقة بدلاً من إطلاقها.

ولتفسير وجود هذه العناصر الثقيلة اليوم، لا بد من اكتشاف الأحداث التي من الممكن أن تكون قد خلقتها. نوع الحدث المطبق على مشروع القانون هو أ انفجار أشعة جاما (GRP)– أقوى فئة انفجارية في الكون . يمكن أن تنفجر هذه النجوم بما يصل إلى كوينتيليون (10 متبوعة بـ 18 صفرًا) ضعف سطوع شمسنا، ويُعتقد أنها ناجمة عن مجموعة متنوعة من الأحداث.

يمكن تقسيم انفجارات GRB إلى فئتين: انفجارات طويلة وانفجارات قصيرة. ترتبط انفجارات GRB الطويلة بموت النجوم الضخمة وسريعة الدوران. ووفقا لهذه النظرية، فإن أشعة الدوران السريعة المنبعثة أثناء انهيار نجم ضخم هي عبارة عن نفاثات قصيرة تتحرك بسرعات عالية جدا.

رشقات نارية قصيرة تستمر بضع ثوان فقط. ويُعتقد أنها ناجمة عن اصطدام نجمين نيوترونيين، وهما نجمان “ميتان” أصغر حجمًا وأكثر كثافة. وفي أغسطس 2017، ساعد حدث مهم في دعم هذه النظرية. ليكو و علامة برج العذراءاكتشف اثنان من أجهزة كشف موجات الجاذبية في الولايات المتحدة أ إشارة من نجمين نيوترونيين ينتقل إلى الصراع.

وبعد ثوانٍ، تم اكتشاف انفجار قصير لأشعة غاما يسمى GRB 100817A قادمًا من نفس الاتجاه في السماء. وعلى مدى أسابيع، أشار كل تلسكوب على هذا الكوكب إلى الحدث في جهد غير مسبوق لدراسة آثاره.

وكشفت الملاحظات أن أ كيلونوفا GRB 170817A في المكان. الكيلونوفا هو ابن عم خافت لانفجار المستعر الأعظم. والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أنه كان هناك دليل على ذلك تم إنتاج العديد من العناصر الثقيلة أثناء الانفجار. مؤلفو الدراسة طبيعة وبتحليل الانفجار، يبدو أن هذا الكيلونوفا ينتج نوعين مختلفين من الحطام أو المقذوفات. أحدهما يتكون بشكل أساسي من عناصر خفيفة، بينما يتكون الآخر من عناصر ثقيلة.

لقد ذكرنا سابقًا أن العناصر الثقيلة مثل الحديد فقط هي التي يمكن أن تتكون في الجدول الزمني للانشطار النووي. ولكن هناك عملية أخرى تشرح كيف تمكنت الكيلونوفا من إنتاج كائنات ثقيلة.

عملية التقاط النيوترونات السريعة، أو عملية r، تلتقط نوى (أو نوى) العناصر الثقيلة مثل الحديد العديد من جزيئات النيوترونات في فترة زمنية قصيرة. ثم تنمو كتلتها بسرعة، مما ينتج عنه المزيد من العناصر الثقيلة. ومع ذلك، لكي تعمل عملية R، فأنت بحاجة إلى الظروف المناسبة: كثافة عالية، ودرجة حرارة عالية، والكثير من النيوترونات الحرة. تحدث انفجارات أشعة جاما لتوفير هذه الظروف الضرورية.

ومع ذلك، فإن اندماج نجمين نيوترونيين مسؤولين عن كيلونوفا GRB 170817A يعد حدثًا نادرًا للغاية. في الواقع، قد تكون نادرة جدًا بحيث تكون مصدرًا غير محتمل للغالبية العظمى من العناصر الثقيلة الموجودة في الكون. ولكن ماذا عن GRPs الطويلة؟

درست دراسة حديثة انفجارات أشعة غاما الطويلة وتحديدًا GRB 221009. كان يسمى القارب– ألمع في كل وقت. تم التقاط هذه الانفجارات في 9 أكتوبر 2022 على شكل انفجار إشعاعي مكثف ينتشر عبر النظام الشمسي.

أثار القارب حملة من الملاحظات الفلكية مثل كيلو نوفا. وكان انفجار GRB هذا أكثر نشاطًا بعشر مرات من الرقم القياسي السابق، وكان أقرب إلينا كثيرًا التأثير على الغلاف الجوي للأرض قابلة للقياس على الأرض ويمكن مقارنتها بعاصفة شمسية كبيرة.

من بين التلسكوبات التي تدرس آثار المركبة كان تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). لقد رصدت انفجارات GRB بعد ستة أشهر من الانفجار، حتى لا يعميها الشفق الناتج عن الانفجار الأولي. تُظهر البيانات التي جمعها تلسكوب جيمس ويب الفضائي أنه على الرغم من السطوع غير المعتاد للحدث، إلا أنه كان السبب انفجار سوبر نوفا متوسط.

في الواقع، تشير الملاحظات السابقة لتدفقات GRB الطويلة الأخرى إلى عدم وجود علاقة بين سطوع انفجارات GRB وحجم انفجار المستعر الأعظم المرتبط بها. القارب ليس استثناء.

قام فريق JWST أيضًا بتقدير عدد العناصر الثقيلة التي تم إنتاجها أثناء انفجار القارب. ولم يجدوا أي علامة على وجود عناصر تشكلت بواسطة عملية r. وهذا أمر مثير للدهشة لأنه، من الناحية النظرية، من المفترض أن يكون سطوع انفجارات GRB الطويلة مرتبطًا بالظروف الموجودة في قلبها، وعلى الأرجح ثقب أسود. بالنسبة للأحداث الساطعة جدًا – وخاصة الأحداث المتطرفة مثل BOAT – يجب أن تكون الظروف مناسبة لحدوث عملية r.

تشير هذه النتائج إلى أن انفجارات أشعة جاما قد لا تكون المصدر الرئيسي للعناصر الثقيلة في الكون. بدلاً من ذلك، يجب أن يظل المصدر أو المصادر موجودة.