برای نخستین بار تولد یک عنصر سنگین در برخوردی کیهانی ردیابی شد

* دانشمندان برای نخستین بار یک عنصر سنگین که تازه ساخته شده را در فضا شناسایی کرده‌اند. این عنصر در رویداد برخورد دو ستاره‌ی نوترونی پدید آمده.

به گفته‌ی پژوهشگران، این کشف آگاهی‌هایی درباره‌ی چگونگی ساخته شدن سنگین‌ترین عنصرهای کیهان به ما می‌دهد و تکه‌ی گمشده‌ای از جورچینِ "پیدایش عنصرهای شیمیایی" را برایمان فراهم می‌سازد.

این تصویر در اندازه‌ی بزرگ‌تر

داراک واتسون، رهبر این پژوهش از بنیاد نیلز بور دانشگاه کپنهاگ می‌گوید: «این نتایج همچنین تایید می‌کنند که ستارگان نوترونی در خود نوترون دارند.»«واقعا احمقانه به نظر می‌رسد، ولی چیزیست که از آن مطمئن نبودیم. اکنون همه‌ی چیزهایی که یافته‌ایم به عنصرهایی اشاره دارد که تنها در حضور انبوه نوترون‌ها ساخته شده‌اند.»

کیهان آغازین

سه عنصر سبک نخست -هیدروژن، هلیوم، و لیتیوم- در نخستین دَم‌ تاریخ، درست پس از مهبانگ (انفجار بزرگ) ساخته شدند. بیشتر عنصرهای سنگین‌تر از لیتیوم در جدول تناوبی، تا آهن، میلیاردها سال بعد در هسته‌های تارگان ساخته شدند.

ولی چگونگی پیدایشِ عنصرهای سنگین‌تر از آهن، مانند طلا و اورانیوم، تا مدت‌ها ناشناخته بود. پژوهش‌های گذشته سرنخی کلیدی را به ما نشان داده بود: برای این که اتم‌ها رشد کنند و سنگین‌تر شوند باید به سرعت نوترون بگیرند. این نوترون‌گیری سریع که به نام "فرآیند آر" (r-process) شناخته می‌شود تنها در طبیعت در محیط‌های خشن و افراطی رخ می‌دهد، جاهایی که در آنها، اتم‌ها با شمار انبوهی نوترون بمباران می‌شوند.

پژوهش گذشته این را نشان داده بود که یک چشمه‌ی احتمالی برای عنصرهای فرآیند آر می‌تواند ادغام ستارگان نوترونی باشد. ستارگان نوترونی هسته‌های فراچگال ستارگان بزرگند که در پی انفجار ابرنواختری از آنها به جا می‌مانند. دلیل نامیدن این اجرام به نام "ستارگان نوترونی" اینست که آنچنان کشش گرانشی نیرومندی دارند که پروتون‌ها و الکترون‌ها را به هم می‌فشارد و از آنها نوترون می سازد.

مشاهده ادغام دو ستاره‌ی نوترونی

در سال ۲۰۱۷ برای نخستین بار ادغام دو ستاره‌ی نوترونی دیده شد. دانشمندان این مشاهده را با بهره از امواج گرانشی انجام دادند، موج‌هایی در بافت فضازمان که در پی برخورد دو ستاره‌ی نوترونی در فاصله‌ی ۱۳۰ میلیون سال نوری زمین گسیلیده شده بود. به دنبال این رویداد که جی‌دبلیو۱۷۰۸۱۷ نام گرفت، رصدهای تلسکوپی دیگری نیز از زمین برای آن انجام شد.

به گمان واتسون و همکارانش، اگر عنصرهای سنگین‌تر در جی‌دبلیو۱۷۰۸۱۷ پدید بیایند، شناسه‌های این عنصرها احتمالا باید در تابش انفجاری که به دنبال ادغام رخ داده بود و یک "کیلونواَختر" نامیده می‌شد دیده شوند. آنها بر طول موج‌هایی از نور (خطوط طیفی) تمرکز کردند که در روند طیف‌سنجی به این عنصرهای ویژه ربط داده می‌شد.

پژوهش گذشته حضور عنصرهای سنگین در کیلونواختر را نشان داده بود، ولی اخترشناسان تا امروز نتوانسته بودند عنصرهایی را جداگانه را در این رویداد شناسایی کنند. واتسون می‌گوید: «دلیلش این است که عنصرهای نگین‌تر می‌توانند آمیزه‌ای از ده‌ها میلیون خط طیفی پدید بیاورند. هر گز نی‌توانستیم عنصری را از عنصر دیگر بازشناسیم.»

ولی اکنون واتسون و همکارانش با بررسی دوباره‌ی رویداد ادغام ۲۰۱۷ شناسه‌ی عنصر سنگین استرانسیوم را در آن شناسایی کرده‌اند. روی زمین، استرانسیوم به طور طبیعی در خاک و تمرکزیافته در برخی کانی‌های ویژه یافته می‌شود. ترکیبات استرانسیوم حتی می‌تواند در آتشبازی‌ها برای تولید نور سرخ و درخشان به کار می‌رود.

راز استرانسیوم

راز موفقیت این پژوهشگران ساختار اتمی خود استرانسیوم بود که برای عنصری به این سنگینی ساختار به نسبت ساده‌ایست. به دلیل همین ساختار، استرانسیومی که از نظر الکتریکی باردار شده باشد می‌تواند دو خط طیفی نیرومند در نور آبی و فروسرخ پدید بیاورد.

واتسون میگوید: «این واقعیت که می‌توانیم عنصری را در این انفجار پرتوزا (رادیواکتیو) شناسایی کنیم بسیار شگفت‌انگیز است.»

شگفتی این کشف اینجاست که عنصر استرانسیوم اگرچه یک عنصر سنگین است، ولی یکی از سبک‌ترین عنصرهای فرآیند آر هم هست. به گفته‌ی واتسون، پژوهشگران در پژوهش‌های گذشته انتظار یافتن "عنصرهای سنگینِ سنگین‌تری"، یا عنصرهای فرآیند آرِ سنگین‌تری را در کیلونواختر داشتند.

شاید کلید اصلی این کشف غافلگیرکننده به ذرات گریزانی به نام نوترینو ربط داشته باشد، ذراتی که به طور معمول از درون ماده‌ی معمولی می‌گذرد ولی گاهی هم به پروتون ها یا نوترون‌ها برخورد می‌کند.

واتسون میگوید: «برای پدید آوردن یک عنصر سنگینِ به نسبت سبک مانند استرانسیوم، باید نخست چند نوترون را تخریب کنید- برای این کار باید به اندازه‌ای آنها را با نوترینو بمباران کنید تا سریع‌تر به الکترون و پروتون وابپاشند. این به ما درباره‌ی چیزی که درون ستاره‌ی نوترونی روی می‌دهد و چیزی که در چنین ادغامی رخ داده کمی آگاهی می‌دهد.»

واتسون می‌گوید اکنون شاید برای دانشمندان شناسایی عنصرهای سنگینِ دیگر از برخورد ستارگان نوترونی دشوار باشد زیرا از با توجه به سرشت پیچیده‌ی این عنصرها، داده‌های چندان باکیفیتی برای ساختارهای اتمی آنها نداریم. او و همکارانش امیدوارند در سال‌های آینده داده‌هایی را گرد بیاورند که بتوانند به آنها در شناسایی دیگر عنصرهای سنگین در کیلونواخترها کمک کنند.

این دانشمندان جزییات یافته‌های خود را در شماره‌ی ۲۴ اکتبر نشریه‌ی نیچر منتشر کرده‌اند.

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

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

neutron star - neutron - Darach Watson - University of Copenhagen - Niels Bohr Institute - element - hydrogen - helium - lithium - Big Bang - iron - star - gold - uranium - atom - r-process - supernova - gravitational wave - Earth - GW170817 - kilonova - wavelength - spectral line - strontium - firework - neutrino - proton - electron - Nature

منبع: Space.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان