ايتنا - منشأ تشکیل عناصر سنگین در کیهان

تا همین اواخر تصور می‌شد ادغام ستاره‌های نوترونی تنها راه برای تولید عناصر سنگین‌تر از روی است. اما می‌دانیم که عناصر سنگین اولین بار مدت‌زمان کوتاهی پس از مهبانگ تولید شدند. در آن زمان هنوز زمان کافی برای ادغام ستاره‌های نوترونی نگذشته بود. بنابراین، منبع دیگری برای توضیح وجود عناصر سنگین اولیه در راه شیری مورد نیاز بود.

به گزارش ایتنا و به نقل از دانشگاه ملی استرالیا، کشف ستاره باستانی SMSS J2003-1142 در هاله راه شیری، اولین شواهد پیرامون منبع دیگری برای عناصر سنگین، از جمله اورانیوم و احتمالاً طلا ارائه می‌دهد.

در اطراف کهکشان راه شیری، «هاله»‌ای وجود دارد که از گازهای داغ تشکیل شده و به‌طور مداوم با موادی که توسط ستاره‌های در حال زایمان یا در حال مرگ در حال خروج است، شکل می‌گیرد. تنها یک درصد از ستاره‌های کهکشان در این هاله یافت می‌شوند.

در تحقیقاتی که در نشریه نیچر منتشر شده، می‌بینیم که عناصر سنگین شناسایی شده در SMSS J2003-1142 به احتمال زیاد نه از ادغام ستاره نوترونی، بلکه از طریق فروپاشی و انفجار یک ستارهٔ به‌سرعت درحال‌چرخش با میدان مغناطیسی قوی و جرمی در حدود ۲۵ برابر خورشید تولید شده است.

گفتنی است اخیراً تأیید شد که ادغام ستاره‌های نوترونی در واقع یکی از منابع عناصر سنگین در کهکشان ما است. البته این رخداد زمانی اتفاق می‌افتد که دو ستاره نوترونی در یک سامانه دودویی و در طی یک رویداد پرانرژی به نام «کیلونوا» با هم ادغام شوند.

با این حال، مدل‌های موجود مربوط به تکامل شیمیایی کهکشان راه شیری نشان می‌دهند که ادغام ستاره‌های نوترونی به تنهایی نمی‌تواند الگوهای خاصی از عناصری را که در چندین ستاره باستانی مشاهده شده (از جمله SMSS J2003-1142) ایجاد کند.

دانشمندان دانشگاه ملی استرالیا، از این مشاهدات، ترکیب شیمیایی این ستاره را مورد مطالعه قرار دادند. تحلیل آنها نشان داد که میزان آهن تقریباً ۳ هزار بار کمتر از خورشید است. به عبارت دیگر، SMSS J2003-1142 از نظر شیمیایی منحصربفرد است.

بدین‌ترتیب، عناصری که دانشمندان در این ستاره مشاهده کردند، احتمالاً توسط یک ستاره والد و درست بعد از انفجار بزرگ تولید شده است.

گفته می‌شود که ترکیب شیمیایی SMSS J2003-1142 می‌تواند ماهیت و خواص ستارهٔ مادر را آشکار کند. مقادیر زیاد نیتروژن، روی و عناصر سنگین از جمله یوروپیوم و اورانیوم بسیار قابل توجه است.

سطوح بالای نیتروژن در SMSS J2003-1142 نشان می‌دهد که ستارهٔ مادر، دارای چرخش سریعی بوده است، در حالی که سطوح بالای روی نشان می‌دهد که انرژی انفجار حدود ده برابر یک ابرنواختر «معمولی» بوده است. این بدان معنی است که این رخداد یک ابرنواختر بوده است. همچنین، مقادیر زیادی اورانیوم به وجود تعداد زیادی نوترون نیاز دارد.

عناصر سنگینی که امروزه می‌توانیم در SMSS J2003-1142 مشاهده کنیم، همگی شواهدی هستند که نشان می‌دهند این ستاره در نتیجه انفجار زودرس ابر مغناطیسی تولید شده است.

بنابراین، این تحقیق اولین مستنداتی را ارائه می‌دهد مبنی بر اینکه حوادث ابرنواختری مغناطیسی (در کنار ادغام ستاره‌های نوترونی)، منشاء عناصر سنگین در کهکشان راه شیری هستند.

اما چطور می‌دانیم که فقط ادغام ستاره‌های نوترونی نبوده که منجر به تشکیل عناصر خاصی شده است که در SMSS J2003-1142 یافت می‌شوند؟ چند دلیل برای این امر وجود دارد.

در فرضیه این مطالعه، یک ستاره تک والد باید همه عناصر مشاهده شده در SMSS J2003-1142 را ایجاد کرده باشد. از سوی دیگر، بسیار طول می‌کشید تا عناصر مشابه تنها از طریق ادغام ستاره‌های نوترونی ساخته شوند. اما این زمان حتی در اوایل شکل‌گیری کهکشان در هنگام ایجاد این عناصر هم وجود نداشت.

همچنین، ادغام ستاره‌های نوترونی، تنها منجر به تشکیل عناصر سنگین می‌شود؛ بنابراین به منابع دیگری مانند ابرنواختر معمولی نیز برای توضیح سایر عناصر سنگین مانند کلسیم که در SMSS J2003-1142 مشاهده شده بود، لازم بود. این حالت در صورت امکان، حالت پیچیده‌تری است و بنابراین احتمال آن نیز کمتر است.

اما مدل هایپرنووای مغناطیسی نه تنها تناسب بهتری با داده‌ها دارد، بلکه می‌تواند ترکیب SMSS J2003-1142 را از طریق یک رویداد واحد توضیح دهد. این مشاهده می‌تواند حاصل ادغام ستاره‌های نوترونی و ابرنواخترهای مغناطیسی باشد که می‌توانند به‌طور یکسان نحوه ایجاد همه عناصر سنگین راه شیری را توضیح دهند.