أمضى علماء الفلك عقودًا في محاولة تحديد الأصول الكونية لأثقل العناصر، مثل الذهب.
والآن، قد تُشير دراسة جديدة، تستند إلى إشارة عُثر عليها في بيانات رحلات فضائية مؤرشفة، إلى دليل محتمل: النجوم المغناطيسية، أو النجوم النيوترونية شديدة المغناطيسية.
يعتقد العلماء أن عناصر أخف مثل الهيدروجين والهيليوم، وحتى كميات صغيرة من الليثيوم، ربما وُجدت في وقت مبكر بعد تشكل الكون في الانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة، وفقًا لشبكة CNN.
أطلقت النجوم المتفجرة بعد ذلك عناصر أثقل مثل الحديد، والتي أصبحت جزءًا من النجوم والكواكب حديثة الولادة. لكن توزيع الذهب، وهو أثقل من الحديد، في جميع أنحاء الكون لا يزال لغزًا لعلماء الفيزياء الفلكية.
قال أنيرود باتيل، المؤلف الرئيسي للدراسة المنشورة في مجلة Astrophysical Journal Letters وطالب الدكتوراه في قسم الفيزياء بجامعة كولومبيا في نيويورك: “هذا سؤال جوهري للغاية فيما يتعلق بأصل المادة المعقدة في الكون. إنه لغز ممتع لم يُحل بعد”. في السابق، كان إنتاج الذهب في الفضاء مرتبطًا فقط باصطدامات النجوم النيوترونية، وفقًا لشبكة CNN.
في عام ٢٠١٧، رصد علماء الفلك اصطدام نجمين نيوترونيين. أنتج هذا الاصطدام الكارثي تموجات في الزمكان تُعرف باسم موجات الجاذبية، بالإضافة إلى إشعاعات من انفجار أشعة غاما. كما أنتج هذا الاصطدام، المعروف باسم موجة الكيلو، عناصر ثقيلة مثل الذهب والبلاتين والرصاص. وشُبّهت موجات الكيلون بـ”مصانع” إنتاج الذهب في الفضاء.
يُعتقد أن معظم اندماجات النجوم النيوترونية حدثت فقط خلال مليارات السنين القليلة الماضية، وفقًا لإريك بيرنز، المؤلف المشارك في الدراسة والأستاذ المشارك في الفيزياء الفلكية بجامعة ولاية لويزيانا في باتون روج.
لكن بيانات غامضة سابقة من قبل ٢٠ عامًا من تلسكوبات ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية تشير إلى أن التوهجات من النجوم المغناطيسية التي تشكلت قبل ذلك بكثير، خلال الأيام الأولى للكون، ربما وفرت طريقة أخرى لإنتاج الذهب، كما يشير بيرنز.
النجوم النيوترونية هي بقايا أنوية النجوم المنفجرة، وهي كثيفة لدرجة أن ملعقة صغيرة من مادة النجم على الأرض تزن مليار طن. النجوم المغناطيسية هي نجوم نيوترونية شديدة السطوع ذات مجالات مغناطيسية قوية بشكل لا يُصدق، وفقًا لشبكة CNN.
لا يزال علماء الفلك يحاولون تحديد كيفية تشكل النجوم المغناطيسية بدقة، لكنهم يعتقدون أن النجوم المغناطيسية الأولى ظهرت على الأرجح بعد تشكل النجوم الأولى مباشرةً، أي بعد حوالي 200 مليون سنة من تشكل الكون، أو قبل حوالي 13.6 مليار سنة، وفقًا لبيرنز.
أحيانًا تُطلق النجوم المغناطيسية كميات هائلة من الإشعاع بسبب “الهزات النجمية”. على الأرض، تحدث الزلازل لأن لب الأرض المنصهر يُسبب حركة في القشرة، وعندما يتراكم ضغط كافٍ، فإنه يتسبب في تحرك الأرض تحت قدميك بشكل غير منتظم، أو اهتزازها. يقول بيرنز: “هزات النجوم تشبه ذلك”.
ويتابع بيرنز: “للنجوم النيوترونية قشرة ونواة فائقة السيولة”. تُسبب الحركة تحت السطح ضغطًا عليه، مما قد يُسبب في النهاية هزة نجمية. أما في النجوم المغناطيسية، فتُنتج هذه الزلازل دفعات قصيرة جدًا من الأشعة السينية. وكما هو الحال على الأرض، هناك فترات يكون فيها النجم نشطًا بشكل خاص، مما يُسبب مئات أو آلاف التوهجات على مدى أسابيع. وبالمثل، تحدث زلازل قوية بشكل خاص من وقت لآخر.
وصرح باتيل بأن الباحثين وجدوا أدلة على أن النجم المغناطيسي كان يُطلق موادًا خلال انفجار هائل، لكنهم لم يجدوا تفسيرًا فيزيائيًا لقذف كتلة النجم.
ووفقًا لبحث حديث أجراه العديد من المشاركين في الدراسة الجديدة، بمن فيهم برايان ميتزجر، أستاذ الفيزياء بجامعة كولومبيا وزميل بارز في معهد فلاتيرون في مدينة نيويورك، من المُرجح أن تُسخن التوهجات وتُقذف مواد القشرة الأرضية بسرعات عالية.
ويقول باتيل: “لقد أشاروا إلى أن الظروف الفيزيائية لهذا القذف الكتلي الانفجاري كانت واعدة لإنتاج العناصر الثقيلة”.
كان فريق البحث متشوقًا لمعرفة ما إذا كانت هناك صلة بين الإشعاع الصادر عن توهجات النجم المغناطيسي وتكوين العناصر الثقيلة. بحث العلماء عن أدلة في أطوال موجات الضوء المرئية وفوق البنفسجية. لكن بيرنز تساءل عما إذا كان التوهج قد يُنتج أيضًا أشعة غاما قابلة للرصد. نظر بيرنز في بيانات أشعة غاما من آخر توهج مُرصود من نجم مغناطيسي عملاق، والذي حدث في ديسمبر 2004 وسجلته مهمة INTEGRAL، أو المختبر الدولي للفيزياء الفلكية لأشعة غاما. قال بيرنز إن علماء الفلك رصدوا الإشارة وحددوا خصائصها، لكنهم لم يعرفوا كيفية تفسيرها آنذاك.
تطابق التنبؤ، المستند إلى نموذج مقترح في دراسة ميتزجر السابقة، مع الإشارة المُستقبَلة عام 2004 تمامًا. تشابهت أشعة غاما مع ما توقعه الفريق بشأن تكوين وتوزيع العناصر الثقيلة في انفجار نجم مغناطيسي عملاق.
كما دعمت بيانات من جهاز التصوير الطيفي الشمسي عالي الطاقة (RHESSI) التابع لناسا، والقمر الصناعي لرصد الرياح، نتائج الفريق. وقال بيرنز إن الدراسات طويلة الأمد ساهمت في هذا الاكتشاف.
عندما بنينا نموذجنا في البداية وقدمنا تنبؤاتنا في ديسمبر 2024، لم يكن أحد منا يعلم أن الإشارة موجودة بالفعل في البيانات. ولم يكن أحد منا ليتخيل أن نماذجنا النظرية ستتوافق مع البيانات بهذه الدرجة من الدقة. لقد كان موسم عطلات مثيرًا للغاية لنا جميعًا،” قال باتيل.
“من الرائع حقًا أن ندرك أن بعض العناصر في هاتفي أو حاسوبي المحمول قد تكونت نتيجة انفجار قوي كهذا عبر تاريخ مجرتنا.”
قالت الدكتورة إليونورا ترويا، الأستاذة المشاركة في جامعة روما التي قادت اكتشاف الأشعة السينية المنبعثة من اصطدام النجمين النيوترونيين عام 2017، إن الأدلة على تشكل العناصر الثقيلة من حدث نجم مغناطيسي “لا تُقارن بأي حال من الأحوال بالأدلة التي جُمعت عام 2017.”
ويشير تروجا إلى أن “استخراج الذهب من هذا النجم المغناطيسي هو تفسير محتمل لإشعاع غاما الصادر عنه، وهو واحد من بين العديد من التفسيرات الأخرى التي نوقشت بصراحة في نهاية البحث.”
ويضيف الدكتور ترويا أن النجوم المغناطيسية “أجسام فوضوية للغاية.” بما أن إنتاج الذهب قد يكون عملية معقدة تتطلب ظروفًا خاصة، فمن المحتمل أن تُضيف النجوم المغناطيسية الكثير من المكونات غير المناسبة إلى الخليط، مثل فائض الإلكترونات، مما ينتج عنه معادن خفيفة مثل الزركونيوم أو الفضة بدلًا من الذهب أو اليورانيوم.
يقول ترويا: “لذلك لا أقول إنه تم اكتشاف مصدر جديد للذهب، بل تم اقتراح طريقة بديلة لاستخراجه”.
يعتقد الباحثون أن انفجارات النجوم المغناطيسية العملاقة قد تكون مسؤولة عن إنتاج ما يصل إلى 10% من العناصر الأثقل من الحديد في مجرة درب التبانة، لكن مهمة مستقبلية قد توفر تقديرًا أكثر دقة، وفقًا لباتيل.
يمكن أن تُغذي هذه النتائج مهمة مطياف وتصوير كومبتون التابعة لناسا، أو COSI، والمقرر إطلاقها في عام 2027. صُمم تلسكوب أشعة غاما واسع المجال هذا لمراقبة انفجارات النجوم المغناطيسية العملاقة وتحديد العناصر التي تنشأ منها. وقال باتيل إن التلسكوب قد يساعد علماء الفلك في البحث عن مصادر محتملة أخرى للعناصر الثقيلة في جميع أنحاء الكون.