كيف يخلق الكون الذهب

رسم توضيحي لسحابة حطام كثيفة حارة متوسعة جردت من نجوم النيوترون قبل تصادمها. صورة عبر مركز غودارد لرحلات الفضاء / مختبر سي آي.

دنكان براون ، جامعة سيراكيوز وإيدو بيرغر ، جامعة هارفارد

منذ آلاف السنين ، بحث البشر عن طريقة لتحويل المسألة إلى ذهب. اعتبر الكيميائيون القدماء أن هذا المعدن الثمين هو أعلى أشكال المادة. مع تقدم المعرفة الإنسانية ، أفسحت الجوانب الصوفية للكيمياء العلوم التي نعرفها اليوم. ومع ذلك ، مع كل ما أحرزناه من تقدم في العلوم والتكنولوجيا ، بقيت قصة الذهب الأصلية غير معروفة. حتى الآن.

أخيرًا ، يعرف العلماء كيف يصنع الكون الذهب. باستخدام التلسكوبات وأجهزة الكشف الأكثر تقدمًا لدينا ، رأينا أنها تم إنشاؤها في النار الكونية للنجمين المتصادمين اللذين تم اكتشافهما لأول مرة بواسطة LIGO عبر موجة الجاذبية التي أصدروها.

يؤكد الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تم التقاطه من GW170817 الآن على أن العناصر الأثقل من الحديد يتم تصنيعها في أعقاب تصادمات نجم النيوترون. الصورة عبر جنيفر جونسون / SDSS.

أصول عناصرنا

كان العلماء قادرين على التجميع من حيث يأتي العديد من عناصر الجدول الدوري. أحدث الانفجار الكبير الهيدروجين ، العنصر الأخف وزناً والأكثر وفرة. مع تألق النجوم ، يقومون بدمج الهيدروجين في عناصر أثقل مثل الكربون والأكسجين ، عناصر الحياة. في سنوات موتهم ، تصنع النجوم المعادن الشائعة - الألومنيوم والحديد - وتنفجر في الفضاء في أنواع مختلفة من انفجارات المستعرات الأعظمية.

لعقود من الزمن ، افترض العلماء أن هذه الانفجارات النجمية أوضحت أيضًا أصل العناصر الأثقل والأكثر نادرة ، مثل الذهب. لكنهم كانوا في عداد المفقودين قطعة من القصة. يتوقف على الكائن الذي خلفه موت نجم ضخم: نجم نيوتروني. تقوم النجوم النيوترونية بتجميع كتلة الشمس مرة ونصف بمقدار كرة في حدود 10 أميال فقط. تزن ملعقة صغيرة من المواد من سطحها 10 ملايين طن.

توجد العديد من النجوم في الكون في أنظمة ثنائية - نجمتان مرتبطتان بالجاذبية ويدوران حول بعضهما البعض (فكر في شمس شمس كوكب لوقا في "حرب النجوم"). زوج من النجوم الضخمة قد ينهي حياتهم في النهاية كزوج من النجوم النيوترونية. تدور النجوم النيوترونية حول بعضها البعض لمئات ملايين السنين. لكن أينشتاين يقول إن رقصهم لا يمكن أن يستمر إلى الأبد. في النهاية ، يجب أن تصطدم.

اصطدام هائل ، الكشف عن طرق متعددة

في صباح يوم 17 أغسطس ، 2017 ، تموج في الفضاء عبر كوكبنا. تم اكتشافه بواسطة كاشفات LIGO و Virgo لموجات الجاذبية. جاء هذا الاضطراب الكوني من زوج من النجوم النيوترونية بحجم المدينة تصطدم بسرعة الثلث. الطاقة من هذا الاصطدام تجاوزت أي مختبر تحطيم الذرة على الأرض.

سمعت عن الاصطدام ، قفز علماء الفلك في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك لنا ، إلى العمل. التلسكوبات الكبيرة والصغيرة تفحص رقعة السماء التي جاءت منها موجات الجاذبية. بعد اثني عشر ساعة ، شاهدت ثلاثة تلسكوبات نجمة جديدة - تسمى كيلونوفا - في مجرة ​​تسمى NGC 4993 ، على بعد حوالي 130 مليون سنة ضوئية من الأرض.

كان علماء الفلك قد التقطوا الضوء من النار الكونية لنجوم النيوترونات المتصادمة. لقد حان الوقت لتوجيه أكبر وأفضل التلسكوبات في العالم نحو النجم الجديد لرؤية الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء من آثار التصادم. في تشيلي ، انحرف تليسكوب الجوزاء المرآة الكبيرة التي يبلغ طولها 26 قدمًا إلى كيلونوفا. وجهت ناسا هابل إلى نفس الموقع.

فيلم من الضوء المرئي من kilonova يتلاشى في المجرة NGC 4993 ، 130 مليون سنة ضوئية من الأرض.

تماما مثل جمر نيران المعسكرات الشديدة تصبح باردة وقاتمة ، تلاشى الشفق الكامن لهذه النار الكونية. في غضون أيام ، تلاشى الضوء المرئي ، تاركًا وراءه وهجًا دافئًا يعمل بالأشعة تحت الحمراء ، والذي اختفى في النهاية أيضًا.

مراقبة الكون تزوير الذهب

لكن في هذا الضوء الباهت تم تشفير الإجابة على السؤال القديم حول كيفية صنع الذهب.

تألق أشعة الشمس من خلال المنشور وسترى طيف الشمس لدينا - ألوان قوس قزح تنتشر من الضوء الأزرق ذي الطول الموجي القصير إلى الضوء الأحمر ذي الطول الموجي الطويل. يحتوي هذا الطيف على بصمات العناصر المربوطة ومزورة في الشمس. يتميز كل عنصر بصمة فريدة من الخطوط في الطيف ، مما يعكس التركيب الذري المختلفة.

احتوى طيف الكيلونوفا على بصمات أثقل العناصر في الكون. يحمل ضوءها توقيعًا خافتًا لمادة النجم النيوتروني المتحللة إلى البلاتين والذهب وعناصر أخرى تسمى "عملية المعالجة".

الطيف المرئي والأشعة تحت الحمراء للكيلونوفا. تمثل القمم والوديان الواسعة في الطيف بصمات إنشاء العناصر الثقيلة. الصورة عبر مات نيكول.

لأول مرة ، رأى البشر الخيمياء في العمل ، والكون يحول المسألة إلى ذهب. وليس مجرد كمية صغيرة: هذا الاصطدام واحد خلق ما لا يقل عن 10 كوكب الأرض من الذهب. قد ترتدي بعض المجوهرات الذهبية أو البلاتينية في الوقت الحالي. نلقي نظرة على ذلك. تم إنشاء هذا المعدن في النار الذرية لتصادم نجم نيوتروني في مجرتنا منذ مليارات السنين - تصادم تماما مثل الذي شوهد في 17 أغسطس.

وماذا عن الذهب المنتج في هذا التصادم؟ سيتم تفجيره في الكون ويمزج بالغبار والغاز من مجرة ​​مضيفه. ربما في يوم من الأيام ، سيكون جزءًا من كوكب جديد سيبدأ سكانه في السعي الذي دام آلاف السنين لفهم أصله.

دنكان براون ، أستاذ الفيزياء ، جامعة سيراكيوز وإيدو بيرجر ، أستاذ الفلك ، جامعة هارفارد

نشرت هذه المقالة في الأصل على The Conversation. قراءة المقال الأصلي.