ستاره‌های کم‌فلز  منشا عناصری مثل طلا  را روشن می‌کنند!

انفجار ستارگان عظیم ممکن است باعث تولید طلا و سایر عناصر نادر سنگین مشاهده شده در ستاره‌های کم‌فلز در هاله کهکشانی ما شود.

ادغام ستاره نوترونی عناصر سنگین نادری مانند طلا را تولید می‌کند. هنوز مشخص نیست که آیا ستارگان در حال فروپاشی نیز چنین عناصری را تولید می‌کنند.

ESO / L. Calçada / M. Kornmesser

دستورالعمل سنگین کردن عناصر از آهن به اندازه کافی ساده به نظر می‌رسد: هسته سبک تری را با نوترون بمباران کرده و رشد آن را تماشا کنید. اما یک مشکل وجود دارد – برای تولید عناصر سنگین مانند طلا، پلاتین و اورانیوم، یک هسته باید خیلی سریع رشد کند، در غیر این صورت قبل از رسیدن به فرم پایدار، به عناصر سبکتری تبدیل می‌شود. این فرآیند سریع حدود نیمی از عناصر سنگینتر از آهن را تولید می‌کند.

منشا  کیهانی این عناصر فرآیند سریع یا فرایند r مدتهاست که مورد بحث بوده است. مورد GW170817 یک جهش بزرگ به جلو است. نور مرئی و مادون قرمز کوتاه‌مدت همراه با ادغام ستاره نوترونی امضاهای واضحی از عناصر فرآیند r را حمل می‌کند. در حالی که فقط یک عنصر، یعنی استرانسیم، در داده‌ها مشخص شده است، با این وجود دانشمندان تخمین زدند که این رویداد به تنهایی احتمالاً بین 3 تا 13 برابر جرم زمین طلا تولید کرده است.

تردیدی وجود ندارد که ادغام ستاره نوترونی عناصر فرایند r را تولید می‌کند. از این گذشته، سایر رویدادهای کیهانی نیز ممکن است این عناصر را تولید کنند. به عنوان مثال، مرگ شدید ستاره‌های پرجرم نیز می‌تواند نقش داشته باشد. در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Astrophysical Journal (پیش چاپ در اینجا موجود است) منتشر شد، تیمی از دانشمندان نشان دادند که ما هنوز نباید ابرنواخترها را دست کم بگیریم.

کالی براوئر (انستیتوی فناوری ماساچوست)، مدیر این مطالعه جدید، توضیح می‌دهد: “مشکلات زیادی در مورد ادغام ستاره‌های نوترونی به عنوان منبع عناصر سنگین در جهان اولیه وجود دارد.”

یک مسئله طولانی‌مدت مربوط به ستاره‌های کم‌فلزی است که در هاله کهکشانی یافت می‌شوند. این ستارگان پراکنده دیسک مارپیچی کهکشان را احاطه کرده‌اند و مدتها پیش از گاز تقریباً بکر تشکیل شده است که نسلهای اولیه ستاره‌ها به سختی آن را لمس می‌کردند. با این حال این ستاره‌های کم‌فلز دارای مقدار نسبتاً زیادی از عناصر فرآیند r در اتمسفر خود هستند. چگونه این عناصر وارد گازی شدند که ستاره‌ها از آن متولد شده‌اند؟

میلیاردها سال طول می‌کشد تا دو ستاره در یک سیستم دوتایی تبدیل به ستاره نوترونی شوند، به سمت یکدیگر رفته و ادغام شوند. زمانی که این ادغام گاز اطراف را با عناصر فرایند r بذرافشانی می‌کند، ستاره کم‌فلزی از قبل متولد شده است.

فروپاشی یک ستاره پرجرم در اواخر عمر کوتاه آن می‌تواند شرایط مناسبی را برای تشکیل عناصر فرایند r ایجاد کند، اما در مقیاسهای زمانی کوتاهتر از ادغام دوتایی است. این ایده از نظر تئوری کار می‌کند اما به طور مستقیم اثبات نشده است.

براوئر و همکارانش تصمیم گرفتند آزمایش کنند که آیا سناریوی ستاره در حال فروپاشی می‌تواند فراوانی عناصر فرایند r، به ویژه یوروپیوم مشاهده شده در ستاره‌های کم‌فلز را محقق سازد. براوئر می‌گوید: “ما با یک فرض ساده شروع کردیم.” “اگر بگویید همه عناصر سنگین در اوایل جهان به این شکل تشکیل شده‌اند چه؟”

این تیم یک مدل ساده و در عین حال خود سازگار از یک کهکشان ساخته‌اند که با یک گوی غول‌پیکر گازی نشان داده می‌شود که در آن تعدادی ستاره فروپاشی می‌کنند. هر انفجار گاز ستاره‌ای را با آهن غنی می‌کند و برخی از این ابرنواخترها نیز عناصر فرایند r را تولید می‌کنند. این مدل با موفقیت فراوانی نسبی یوروپیوم و آهن را در ستاره‌های کم‌فلز تولید می‌کند.

یک سوال اساسی این است که چند ابرنواختر باید منفجر شود تا وفور مشاهده شده از عناصر فرایند r را به دست بیاید؟ داراچ واتسون (دانشگاه کپنهاگ) می‌گوید: “[محققان] به نتایج جالب توجهی رسیده‌اند.” “آنها فرکانسهایی را پیدا می‌کنند که شبیه به انفجارهای طولانی‌مدت اشعه گاما است.” چنین انفجارهای پرتوی گاما با شدیدترین انفجارهای ستارگان غول‌پیکر همراه است. نتیجه این امر حاکی از آن است که هر ابرنواختر عناصر فرایند r را تولید نمی‌کند، بلکه فقط شدیدترین آنها این کار را انجام می‌دهند.

این تصویر از انفجار اشعه گاما ناشی از فروپاشی یک ستاره پرجرم است که ممکن است نوعی ستاره در حال فروپاشی باشد که به احتمال زیاد عناصر فرایند r را تولید می‌کند.

ناسا / GSFC

با وجود نتایج امیدوار کننده، برای نتیجه‌گیری دقیق خیلی زود است. واتسون می‌گوید: “تیم فقط به یک عنصر، یوروپیوم نگاه می‌کند، اما استفاده از باریم نیز ممکن است در دستور کار باشد.” جستجوی باریم در ستاره‌های کم‌فلز نسبتاً آسان است و می‌تواند به محدودیت مدل کمک کند.  به علاوه، براوئر در حال مطالعه است در این مورد است که چگونه اختلاط پیچیده عناصر موجود در گازی که ستاره‌ها از آن متولد شده‌اند، بر نتایج تأثیر می‌گذارد.

واتسون همچنین به شواهد دیگری توجه می‌کند که اغلب نادیده گرفته می‌شوند: الماس‌های نانو. برخی از این الماس‌های کوچک و ریز میکرونی موجود در شهاب‌سنگها حاوی آثاری از عناصر فرآیند r هستند. “سوال این است که از کجا ناشی می‌شوند؟” “احتمالاً از فروپاشی هسته‌ای ابرنواختر است، اما چه کسی می‌داند؟”

در نهایت، دانشمندان باید با مسئله پیچیده‌ای از منشأ عناصر فرایند r از زوایای مختلف کنار بیایند. اکنون به نظر می‌رسد بیش از یک نوع منبع کیهانی به فراوانی طلا و عناصر مرتبط در جهان کمک می‌کند.

منبع:

METAL-POOR STARS SHED LIGHT ON THE ORIGIN OF GOLD

BY: JURE JAPELJ JUNE 2, 2021 

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/metal-poor-stars-shed-light-on-the-origin-of-gold/