منشاء گنجینه عظیم طلای کیهانی کجاست؟

پلاتین و طلا در زمره گرانبهاترین مواد روی زمین به شمار می روند که هر اونس آنها قیمتی بالغ بر هزار دلار دارد.

با این همه به لطف یک یافته بسیار مهم و البته جدید در رابطه با منشاء قوی کیهانی و رادیواکتیو آنها انتظار می رود که جذابیت شان از گذشته نیز بیشتر شود.

روز گذشته دانشمندانی که به خاطر کشف امواج  گرانشی موفق به دریافت جایزه نوبل شده بودند اعلام کردند برای نخستین بار نشانه هایی دال بر برخورد دو ستاره نوترونی را دریافت کرده اند.

این تیم بلافاصله بعد از کشف خود کلیه منجمان سرتاسر دنیا را به تامل در این رابطه دعوت کردند و از آنها خواستند تا تلسکوپ هایشان را مستقیما به سمت محل برخورد دوستاره تنظیم کرده و از صحنه ای که بعد از این حادثه ایجاد شده با استفاده نور مرئی، امواج رادیویی، پرتوهای اکس و گاما شواهد لازم را ثبت و ضبط نمایند.

در هر حال، عکس های به دست آمده حکایت از آن داشتند که نوعی ماده رادیواکتیو باعث ایجاد میزان بسیار زیادی پلاتین، طلا و نقره و البته عناصر دیگری مانند ید که در بدنمان موجود است و اورانیوم که در تسلیحات هسته ای به کار می رود، شده و آنها را به سمت اعماق فضا پرتاب نموده.

تلسکوپ Swope در رصدخانه کارنگی سانتا کروز نیز یکی از مواردی بود که ادغام این دو ستاره را ثبت کرد.

منجمان بر این باورند که این دو ستاره نوترونی احتمالا با یکدیگر ادغام شده اند تا یک سیاه چاله را تشکیل دهند هرچند دیگر ذرات پراکنده شده از ستاره نوترونی که عناصر جدیدی را ایجاد نمودند می توانستند در نهایت سیاراتی نظیر زمین را هم تشکیل دهند.

به گفته برایان متزگر اخترفیزیکدانان دانشگاه کلمبیا و یکی از 4000 محقق در این کشف دخیل بوده:

طبق محاسبات بخش اعظمی از ماده ایجاد شده در نتیجه این رویداد درون یک سطح گردان حول سیاه چاله قرار داشت که نیمی از آن ماده به داخل ریخت و نیم دیگر به بیرون پراکنده شد.

گفتنی است این رویداد 130 میلیون سال نوری قبل در کهکشان NGC 4993 اتفاق افتاده و پیش بینی شده که کشف آن تاثیری شگرف بر علوم و درک انسان بگذارد. به گفته دانکن براون یکی از منجمان دانشگاه Syracuse که از اعضای تیم تحقیقاتی مشارکت کننده هم به شمار می رود قرار است که کلیه کشفیات انجام شده در رابطه با امواج گرانشی مانند تکه های پازل کنار یکدیگر قرار داده شوند و انتظار می رود که در سال های آتی اطلاعات بیشتری در این باره به دست بیاید.

وقتی دو اتم با ابعاد یک شهر به یکدیگر برخورد می کنند

نخستن بار یک قرن پیش بود که آلبرت اینشتین از وجود امواج گرانشی خبر داد اما باور نمی کرد که به خاطر انرژی بسیار ضعیف این امواج روزی امکان شناسایی شان فراهم شود.

در سپتامبر سال 2015 میلادی رصد خانه امواج گرانشی آمریکا (LIGO) وقتی برای نخستین بار این پدیده را مشاهده کرد از نظریه اینشتین دفاع کرد. تلسکوپ جدید امواج گرانشی Virgo در اروپا نیز از آن زمان وارد عمل شد و همکاری های نزدیکی را با این رصد خانه آغاز کرد تا زمینه را برای کشف اخیر که پنجمین خبر مهم در رابطه با امواج گرانشی محسوب می شود فراهم نماید.

برخلاف چهار رویداد قبلی، در مورد اخیر که امواج از خوشه ستاره ای Hydra منتشر شدند و نام GW170817 بر آن نهاده شده، حادثه ناشی از برخورد سیاه چاله ها نبود و سیگنال ها علاوه بر اینکه نسبت به موارد قبلی ضعیف تر محسوب می شدند چندصد میلیون سال نوری هم به زمین نزدیک تر بودند و اینبار حدود صد ثانیه ای به طول انجامید.

اولین برخورد ستاره های نوترونی که دانشمندان موفق به کشف آن شدند چهار روز بعد، از آبی به قرمز تغییر رنگ داد.

براون و دیگران حالا بر این باورند که GW170817 تا حدودی یک کشف انقلابی به شمار می رود زیرا اطلاعات خوبی را در رابطه با سنگین ترین عناصر زمین که در فضا شکل گرفته اند پیش رویمان قرار می دهد.

برای مثال تصور می شود در جریان پدیده ای به نام ابرنواختر که ناشی از انفجار ستاره های عظیم الجثه است (انفجارهایی که روشنایی شان میلیاردها برابر خورشید است) آهن و دیگر عناصر سبک تولید می شود.

البته در ابرنواخترها عناصر سنگین هم تولید می شود اما هم اکنون هیچ توضیحی در رابطه با فراوانی شان وجود ندارد. براون در ادامه می گوید: به نظر نمی رسید که این فلزات از انفجار ابرنواخترها ناشی شده باشند و به همین خاطر مدت ها این سوال مطرح می شد که منشا آنها کجاست؟

محققان عاقبت به این فرضیه دست یافتند که برخورد ستاره های نوترونی می تواند عامل ایجاد این فلزات باشد. اغلب ستاره ها در این عالم هستی ترکیب جفت دارند و همین مساله در مورد ابرستاره ها صدق می کند. با این همه برخلاف خورشید، هر زمان ستاره های بزرگ می میرند به ابرنواختر بدل می شوند. در این برهه جاذبه یا گرانش ناشی از این ستاره ها آنها را به دو شکل مختلف در می آورد: اگر سنگین به سیاه چاله بدل می شوند و اگر سبک به ستاره نوترونی.

ابعاد یک ستاره نوترونی در مقایسه با خط افق شیکاگو

مورد دوم را می توان یک هسته اتم بسیار بزرگ در نظر گرفت چراکه جاذبه ناشی از آن به حدی است که ذرات برابر با عرض یک کلان شهر را در کنار هم قرار دهد و تنها یک قاشق چای خوری از یک ستاره نوترونی وزنی برابر با میلیاردها تن دارد.

براون در ادامه صحبت هایش می گوید کافیست این دو ستاره را با سرعتی برابر با یک سوم نور به هم برخورد دهید تا طلا ساخته شود.

تشکیل طلایی به اندازه صد برابر جرم زمین تنها در یک ثانیه

متزگر یکی از نخستین افرادی بود که به نحوه وقوع این اتفاق پی برد. وی در این باره گفته است که ادغام ستاره های نوترونی «فرایندی در هم ریخته» است که در نتیجه آن «بخش های داخلی» یک ستاره به اعماق فضا پاشیده می شوند و مثل این می ماند که محتویات یک خمیردندان را با فشار به بیرون بریزید و هرآنچه درونش هست از دو طرفش خارج گردد. برخوردی که به آن اشاره کردیم هم بیرون ریزی ذرات را سرعت می دهد و امکانی را فراهم می کند تا در کسری از سرعت نور و در حالی که ذرات به دمایی برابر با ده میلیون درجه رسیده اند به بیرون پرتاب شوند.

اما در خصوص عناصر سنگینتر آنطور که متزنگر می گوید از همجوشی هسته ای درون یک ستاره تشکیل نمی شوند و در مقابل فرایند گیراندازی نوترون باعث شکل گیری شان می شود.

این اتفاق که با نام فرایند سریع یا r-process هم از آن یاد می گردد اینگونه رخ می دهد: همزمان با حرکت چرخشی دو ستاره نوترونی به سمت هم (که هرکدامشان 1.4 برابر توده خورشید را دارند) نوترون های پرانرژی نیز از آنها خارج می شود. آن نوترون ها ضمن حرکت به سمت بیرون به یکدیگر برخورد می نمایند و هسته های بزرگ اتمی را می سازند. اما هسته های خیلی بزرگ اتم همانطور که می دانید پایداری کمتری دارند و به همین خاطر به سرعت از هم فرو می پاشند و به اتم های کوچک تر بدل می شوند.

منشاء عناصر منظومه خورشیدی:
آبی: انفجار عظیم یا بیگ بنگ/ نارنجی: ادغام ستاره های نوترونی/ زرد: ستاره های کوچک در حال نابودی/صورتی: شکافت پرتوهای کیهانی/ سبز: انفجار ستاره های عظیم/ آبی انفجار سیاره های کوتوله سفید

همین اتفاق در رآکتورهای خاص هسته ای رخ می دهد؛ در این راکتورها اورانیوم با نوترون بمباران می شد تا عناصر سنگین تری نظیر پلوتونیوم تشکیل شود. در فرایند ادغام ستاره های نوترونی نیز فرایند r-process در مقیاس کیهانی رخ می دهد، با این حال آنقدر انرژی رادیواکتیو از اتم های در حال نابودی شان خارج می شود که اگر منجمان بدانند باید تلسکوپ هایشان را به کدام سمت تنظیم نمایند می توانند آنها را ببینند.

در سال 2010 میلادی متزگر عبارت kilonova (یا کیلونوا) را به این نور رادیواکتیو ساطع شده نسبت داد زیرا طبق محاسبات صورت گرفته نور ایجاد شده از آن نسبت به ابرنواختر کمتر اما هزار برابر نواختر در زمان تولد یک ستاره گزارش شد.

البته اشاره کنیم که قبلا دانشمندان نمونه های احتمالی از کیلونوا را دیده بودند با این همه نمی توانستند توده هر دو جرم آسمانی را تخمین بزنند.

حالا جدیدترین مشاهدات آنها از کیلونوای اخیر نشان می دهد که حجم قابل توجهی ماده یک ثانیه بعد از این برخورد ایجاد شده که معادل با 50 برابر زمین نقره، صد برابر آن طلا و صدبرابر پلاتین است.

ارزش این طلا به تنهایی حدود صد اوکتیلیون (100,000,000,000,000,000,000,000,000,000 دلار) به نرخ امروز بازار است که به زبان ساده رقم یک همراه با 29 صفر می شود. البته اشاره کنیم که دستیابی به این گنجینه عظیم دست کم در برهه کنونی غیرممکن است و به همین خاطر نگرانی از بابت در گرفتن جنگ یا بروز اختلال در بازار طلا وجود نخواهد داشت.

عصر تازه نجوم در راه است

در روز 17 آگست که از دانشمندان دعوت شد این پدیده را رصد نمایند و همچنین در روزها و ماه های بعد از آن بالغ بر یک سوم تمامی منجمان روی زمین وارد عمل شدند تا فرایند تحلیل رویداد را انجام داده و به درکی نسبی از آن دست پیدا کنند.

ویکی کالوجرا یکی از اعضای LIGO که از جمله اخترفیزیکدانان دانشگاه Northwestern هم هست اعلام نمود که یکی از 9 دانشمند نویسنده مقاله پژوهشی در این باره بوده. به گفته وی فرایند نوشتن مقاله دو هفته طول کشیده و در جریان آن کنفرانس های بین المللی 12 تا 16 ساعته با صدها محقق از 910 موسسه برگزار شده. جالب اینکه فهرست چهارهزار نفری از مولفان مشارکت کننده 28 صفحه شده است.

کالوجرا در این باره گفت:

این سخت ترین کاری بود که در تمام طول زندگی ام انجام دادم. اینها پدیده های نادری هستند. برای کهکشانی مانند آنچه ما رصد می کنیم هرچند میلیون سال یکبار بین 30 تا 470 ادغام ستاره های نوترونی رخ می دهد اما LIGO تنها به این منظومه نمی اندیشد. ما باید هر سال تعدادی از این پدیده ها را ببینیم زیرا هم اکنون با چند میلیون کهکشان سروکار داریم.

براون اعلام کرده که اندکی بعد از این رویداد LIGO وارد یک فرایند به روز رسانی یکساله شد و انتظار می رود که تا سال 2018 و بعد از اتمام این فرایند تلسکوپ مذکور با بهبود پنجاه درصدی روبرو شود و بتواند تا 500 میلیون سال نوری آنطرف تر را نیز مشاهده کند.در اوایل سال 2020 میلادی نیز تلسکوپ ژاپنی Kagra و شاید یک تلسکوپ هندی به این تیم ملحق خواهند شد.

محققان امیدوارند که این بهبودها ممکن است در نهایت به کشف زوایای پنهان یک ابرنواختر نزدیک تر (شاید Betelgeuse) منجر شود که طبق پژوهش های صورت گرفته به زودی منفجر خواهند شد و به گفته براون منطقه بزرگ بعدی برای کشف امواج گرانشی است.