کشف ستاره‌ای که طلا دارد!

فرارو: اخترشناسان اخیراً با تجزیه و تحلیل ستاره‌ای فراخورشیدی، دریافتند که این جرم نسبت بسیار بالایی از عناصر سنگین در پایین جدول تناوبی از جمله طلا را در خود جای داده است.

دانشمندان با تجزیه و تحلیل یک ستاره فراخورشیدی به نام HD ۲۲۲۹۲۵ که در واقع در پایان عمر خود به سر می‌برد، به طرز جالب توجهی متوجه شدند که بیشتر ترکیبات آن از عناصر سنگین در پایین جدول تناوبی، از جمله طلا تشکیل شده که به ندرت در ستارگان دیگر یافت می‌شوند.

به گزارش فرارو، شاید برای بسیاری از شما جالب باشد که در درون ستارگان چه ترکیباتی وجود دارد. این موضوع در خصوص ستارگان در حال مرگ می‌تواند حتی جذاب‌تر باشد، زیرا از طریق روش‌های جدید می‌توان بسیاری از ترکیبات آن‌ها را با دقت بسیار بالایی تشخیص داد.

ستاره فراخورشیدی HD ۲۲۲۹۲۵ یکی از کاندیدا‌های بسیار جذاب برای اخترشناسان در جهت شناسایی ترکیبات موجود در آن است. دانشمندان با تجزیه و تحلیل این جسم کم نور، موفق شدند ۶۵ عنصر مجزا در آن را شناسایی کنند. این بیشترین تعداد عنصری است که تاکنون در یک جرم منفرد در خارج از منظومه شمسی یافت شده است، که بیشتر آن‌ها عناصر سنگینی از پایین جدول تناوبی هستند که به ندرت در ستارگان دیگر یافت می‌شوند.

از آنجایی که این عناصر تنها می‌توانند در رویداد‌های بسیار پرانرژی مانند ابرنواختر‌ها یا ادغام ستاره‌های نوترونی، از طریق مکانیزمی به نام «فرآیند جذب سریع نوترون» شکل بگیرند، ترکیب این ستاره می‌تواند وسیله‌ای برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد چگونگی شکل گیری عناصر سنگین باشد.

رودرر یکی از دانشمندان حاضر در این مطالعه گفت: «تا جایی که من می‌دانم، شناسایی این تعداد عنصر، یک رکورد برای هر جرمی فراتر از منظومه شمسی است؛ و چیزی که این ستاره را بسیار منحصر به فرد می‌کند این است که نسبت بسیار بالایی از عناصر فهرست شده در امتداد دو سوم پایین جدول تناوبی دارد. ما حتی طلا را در این ترکیبات کشف کردیم. این عناصر توسط فرآیند جذب سریع نوترون ساخته شده‌اند. این دقیقاً همان چیزی است که ما در تلاش برای درک آن هستیم.»

دانشمندان می‌گویند ستارگان کارخانه‌هایی هستند که بیشتر عناصر موجود در کیهان را تولید می‌کنند. در کیهان اولیه، هیدروژن و هلیوم - هنوز دو عنصر فراوان در کیهان - تقریباً همه مواد را تشکیل می‌دادند. اولین ستارگانی که در اثر گرانش تشکیل شدند، توده‌هایی از این هیدروژن و هلیوم را به هم نزدیک کرد. این ستارگان در کوره‌های همجوشی هسته‌ای خود، هیدروژن را به هلیوم تبدیل کردند. سپس هلیوم به کربن و به همین ترتیب، با تمام شدن عناصر سبک‌تر تا زمانی که آهن تولید شود، عناصر سنگین و سنگین‌تر را با هم ترکیب می‌کنند. آهن می‌تواند ذوب شود، اما انرژی زیادی مصرف می‌کند - بیش از آن چیزی که چنین همجوشی تولید می‌کند - بنابراین یک هسته آهنی نقطه پایانی ستاره است. هسته که دیگر توسط فشار بیرونی همجوشی پشتیبانی نمی‌شود، تحت گرانش فرو می‌ریزد و ستاره منفجر می‌شود.

برای ایجاد عناصر سنگین‌تر از آهن، فرآیند جذب نوترون سریع یا فرآیند r مورد نیاز است. انفجار‌های واقعاً پرانرژی مجموعه‌ای از واکنش‌های هسته‌ای را ایجاد می‌کنند که در آن هسته‌های اتمی با نوترون‌ها برخورد می‌کنند تا عناصر سنگین‌تر از آهن را سنتز کنند. رودرر می‌گوید: «شما برای این فرآیند به تعداد زیادی نوترون آزاد و مجموعه شرایطی با انرژی بسیار بالا نیاز دارید تا آن‌ها را آزاد کنید و به هسته اتم اضافه کنید. اما محیط‌های زیادی وجود ندارد که در آن چنین اتفاقی بیفتد. ولی ما خوش شانس هستیم، زیرا HD ۲۲۲۹۲۵ را داریم که در فاصله ۱۴۶۰ سال نوری از ما قرار دارد، و چنین محیطی را عرضه می‌کند. این غول سرخ از مرحله عمر خود گذشته است، هیدروژن آن تمام شده و اکنون هلیوم را در هسته خود ذوب می‌کند. همچنین آن چیزی است که به عنوان یک ستاره «فاقد فلز» شناخته می‌شود، اما بسیار غنی از عناصری سنگینی است که فقط توسط فرآیند r تولید می‌شوند.»

بنابراین، عناصر فرآیند r به شکل خاصی در سراسر ابر مولکولی هیدروژن و هلیوم که HD ۲۲۲۹۲۵ حدود ۸.۲ میلیارد سال پیش از آن شکل گرفته، توزیع شده بود. این «به شکل خاص» نیز باید انفجاری بوده باشد که عناصر فرآیند r را به فضا پرتاب کرده است. حال این سوال مهم مطرح می‌شود که این عناصر، دقیقاً چه چیزی هستند؟ و اینجاست که HD ۲۲۲۹۲۵ منحصر بفرد بودن خود را به ما نشان می‌دهد. ما قبلاً می‌دانستیم که این ستاره سرشار از عناصر فرآیند r است. رودرر و تیمش از آنالیز طیفی استفاده کردند تا دقیقا مشخص کنند که کدام یک از این عناصر در آن وجود دارد. این تکنیکی است که بر تقسیم طول موج نور از یک ستاره به طیفی از طول موج‌ها متکی است.

این دانشمندان می‌گویند؛ برخی از عناصر می‌توانند طول موج‌های خاصی از نور را تقویت یا کمرنگ کنند، زیرا اتم ها، فوتون‌ها را جذب کرده و دوباره ساطع می‌کنند. سپس می‌توان آن ویژگی‌های گسیل و جذب در طیف را تجزیه و تحلیل کرد و عناصری که آن‌ها را تولید کرده اند، ردیابی کرد و فراوانی آن‌ها را شناسایی کرد. از ۶۵ عنصری که تیم به این روش شناسایی کرد، ۴۲ عنصر - تقریباً دو سوم - عناصر فرآیند r بودند. این‌ها شامل گالیم، سلنیوم، کادمیوم، تنگستن، پلاتین، طلا، سرب و اورانیوم است. از آنجایی که HD ۲۲۲۹۲۵ هیچ چیز عجیب و غریب دیگری در ترکیب شیمیایی خود نشان نمی‌دهد، به این معنی است که می‌توانیم آن را نماینده بازده تولید شده توسط منبع فرآیند r در نظر بگیریم.

اگرچه ما نمی‌دانیم که آیا فرآیند‌های r که این عناصر را تولید کرده اند در یک برخورد ستاره نوترونی یا یک ابرنواختر خشن رخ داده است، اما جزئیاتی که اکنون در اختیار داریم به این معنی است که از این ستاره می‌توان به عنوان نوعی طرح اولیه برای درک خروجی فرآیند r استفاده شود. آنا فربل، فیزیکدان دانشگاه MIT، می‌گوید: «ما اکنون از جزئیات خروجی عنصر به عنصر برخی از رویداد‌های فرآیند r که در اوایل جهان رخ داده است، مطلعیم. ما باید تلاش کنیم مدل‌هایی را توسعه دهیم که بتواند رویداد‌های فرآیند r را برای ما شرح دهد.» این تحقیق در مجله The Astrophysical Journal Supplement Series پذیرفته شده و در وبسایت arXiv در دسترس است.