شاید پیدایش عنصرهای سنگین در کیهان به ریزسیاهچاله‌ها ربط داشته باشد

اخترشناسان می‌گویند ما فرآورده‌های ستارگانیم؛ کوره‌هایی ستاره‌ای که در روزگاران دور، هیدروژن‌ و هلیم‌ را همجوشاندند و عنصرهایی که برای زندگی نیازست را در فرآیندی به نام هسته‌زایی ستاره‌ای (stellar nucleosynthesis) پدید آوردند.

همان گونه که کارل سیگن زمانی گفته بود: «نیتروژنی که در دی‌ان‌ای ماست، کلسیومی که در دندان‌های ماست، آهنی که در خون ماست و کربنی که در پای سیب‌های ماست همگی در دل ستارگانِ رُمبنده ساخته شده‌اند. ما از مواد ستاره‌ای هستیم.»

ولی عنصرهای سنگین‌ترِ جدول تناوبی، مانند طلا، پلاتین، و اورانیوم چه؟

برداشت هنری از یک ستاره ی نوترونی

به باور اخترشناسان، بیشترِ این "عنصرهای فرآیندِ آر" (r-process) که عنصرهای بسیار سنگین‌تر از آهنند، یا در روند رُمبش ستارگان بزرگ و انفجارهای ابرنواختریِ دنبالشان پدید آمده‌اند یا در پی ادغام ستارگان نوترونی دوتایی.

جرج فولر، اخترفیزیکدان نظری و استاد فیزیک که مدیر مرکز اخترفیزیک و دانش فضای دانشگاه سن دیه‌گو است می‌گوید: «برای ساخت طلا، پلاتین، اورانیوم، و بیشترِ دیگر عنصرهای سنگین‌تر از آهن به گونه‌ی متفاوتی کوره نیاز بوده. این عنصرها به احتمال بسیار در محیطی سرشار از نوترون ساخته می‌شوند.»

در مقاله‌ای که ۷ اوت در نشریه‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر شد، فولر و دو اخترفیزیکدان نظری دیگر از دانشگاه کالیفرنیا، لوس آنجلس به نام‌های الکس کوزنکو و ولودیمیر تاخیستوف، روش دیگری برای این که ستارگان بتوانند این عنصرهای سنگین را بسازند پیشنهاد دادند: سیاهچاله‌های کوچکی که به ستارگان نوترونی نزدیک شده و به دام آنها افتاده‌، و سپس آنها را نابود کرده‌اند.

ستارگان نوترونی کوچک‌ترین و چگال‌ترین ستارگانِ شناخته شده در کیهانند؛ آنها به اندازه‌ای چگال و فشرده‌اند که یک قاشق از مواد سطحشان سه میلیارد تُن وزن دارد.

این سیاهچاله‌های کوچک (ریزسیاهچاله‌ها) پدیده‌هایی نظری‌تر هستند، ولی بسیاری از اخترشناسان بر این باورند که این اجرام فرآورده‌های مهبانگند و اکنون می‌توانند درصدی از "ماده‌ی تاریک" را ساخته باشند- ماده‌ی تاریک جوهره‌ای نادیدنی و تقریبا بی‌واکنش است که رصدهای کیهان نشانگر وجودش است.

فولر و همکارانش در پژوهشنامه‌شان نوشته‌اند که اگر پراکندگی این ریزسیاهچاله‌ها از پراکندگی ماده‌ی تاریک کیهان پیروی کند و به همراه ستارگان نوترونی وجود داشته باشند، پس شاید فیزیک جالبی میانشان رخ بدهد.

آنها محاسبه کرده‌اند که درمواردی کمیاب، یک ستاره‌ی نوترونی می‌تواند چنین سیاهچاله‌ای را به دام بیندازد و آن را ببلعد، ولی سپس این سیاهچاله است که ستاره‌ی نوترونی را از درون به بیرون می‌بلعد. این فرآیند خشن می‌تواند به پرتاب بخشی از ماده‌ی چگال ستاره‌ی نوترونی به فضا بیانجامد.

فولر توضیح می‌دهد: «سیاهچاله‌های کوچکی که در مهبانگ پدید آمد‌اند می‌توانند به یک ستاره‌ی نوترونی حمله کرده و سپس آن را از درون بخورند. در واپسین ثانیه‌های نابودی ستاره‌ی نوترونی، مقدارِ مواد نوترونیِ پرتاب شده‌ برای توضیح فراوانی‌های دیده شده‌ی عنصرهای سنگین بسنده می‌کند.»

وی می‌افزاید: «ستاره‌ی نوترونی همزمان با بلعیده شدن، سرعت چرخشش بالا می‌رود و مواد نوترونی سرد پرتاب می‌کند، که فشرده شده، داغ شده و این عنصرها را می‌سازند.»

این فرآیند پیدایش سنگین‌ترین عنصرهای جدول تناوبی همچنین می‌تواند توضیح‌هایی برای شماری از رازهای ناگشوده در کیهان و در کهکشان خودمان فراهم سازد.

فولر می‌گوید: «از آنجا که این‌ها رویدادهای کمیابی هستند، می‌توان درک کرد که چرا از هر ۱۰ کهکشان کوتوله، تنها یکی پُرمایه (غنی) از عنصرهای سنگین است. نابودی سامان‌مندِ ستارگان نوترونی به دست سیاهچاله‌های آغازین، با کمبود ستارگان نوترونی در مرکز کهکشان و در کهکشان‌های کوتوله سازگاری دارد، یعنی جاهای که شمار سیاهچاله‌ها باید بسیار بالا باشد.»

همچنین دانشمندان برآورد کردند که پرتاب مواد هسته‌ای از ریزسیاهچاله‌ها در زمان بلعیدن ستارگان نوترونی به پیدایش سه پدیده‌ای می‌انجامد که اخترشناسان دیده‌ بوده‌‌اند ولی تاکنون پاسخی برایش نیافته‌اند.

فولر می‌گوید: «این سه پدیده‌ عبارتند از نمایشی ویژه از نور فروسرخ (گاهی به نام "کیلونواختر" یا "ماکرونواختر" خوانده می‌شوند)، گسیلش‌های رادیویی از چشمه‌هایی ناشناخته در ژرفای کیهان (که به نام "فوران رادیویی زودگذر" یا اف‌آربی خوانده می‌شوند)، و پوزیترون‌هایی که تلسکوپ‌های پرتو X در مرکز کهکشان دیده‌اند. هر سه‌ی این پدیده‌ها رازهایی دیرپا هستند. در واقع جای شگفتی است که حل هر سه‌ی آنها که در ظاهر پیوندی هم به یکدیگر ندارند شاید بتواند در پیوند با رویداد خشن مرگ ستارگان نوترونی در چنگ ریزسیاهچاله‌ها باشد.»

-------------------------------------------------

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسماند:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

star - hydrogen - helium - elements - stellar nucleosynthesis - Carl Sagan - nitrogen - DNA - calcium - iron - carbon - gold - platinum - uranium - r-process - supernova - binary - neutron star - George Fuller - UC San Diego - Center for Astrophysics and Space Sciences - neutron - Physical Review Letters - UCLA - Alex Kusenko - Volodymyr Takhistov - black hole - Big Bang - dark matter - periodic table - Milky Way galaxy - dwarf galaxy - infrared - kilonova - radio - Fast Radio Burst - positron - galactic center - X-ray

منبع: sciencedaily

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان