اكتشف العلماء، أن انفجار نجم نيوتروني منخفض الكتلة يمكن أن يكون المصدر الكوني البديل للانثانيدات والعناصر الثقيلة الأخرى، بما في ذلك المعادن الثمينة مثل الذهب والبلاتين.
والنجوم النيوترونية هي النوى المنهارة لنجوم ضخمة تتراوح كتلتها بين 10 إلى 25 مرة كتلة الشمس. وبعد الانفجار النهائي، يترك النجم وراءه جسما مضغوطا له كتلة مماثلة للشمس، ويبلغ قطره نحو 20 كيلومترا. ومثل هذا الجسم المضغوط يكون مستقرا بدرجة كافية لوجوده بمفرده. لكن في نظام النجوم النيوترونية الثنائية، يمكن للتفاعل مع النجم النيوتروني المرافق أن يؤدي إلى شيء مثير.
وعادة، عندما يكون نجمان نيوترونيان قريبين بدرجة كافية، يندمجان ويتصادمان. وهذه العملية هي المصدر الرئيسي للانثانيدات والعناصر الثقيلة في الكون. ويمكن أن يؤدي الاصطدام إلى خلق حالة تُعرف باسم “عملية آر” (r-process أو عملية التقاط النيوترون السريعة) لتخليق هذه العناصر.
وقد تم رصد أول حدث لاندماج نجم نيوتروني ثنائي في عام 2017. ومع ذلك، لم تكن قناة الاندماج وحدها كافية لتفسير العناصر الثقيلة في النطاق الكوني.
ولاحظ الفريق، بقيادة الدكتور شينغ تشي ليونغ، أستاذ الفيزياء المساعد في جامعة ولاية نيويورك، بالتعاون مع الدكتور تشون مينغ ييب، والدكتور مينغ تشونغ تشو والدكتور لاب مينغ لين، من جامعة هونغ كونغ الصينية، أنه حتى من دون الاصطدام المباشر، يمكن للنجم النيوتروني الأساسي أن يفقد كتلته أمام النجم النيوتروني المرافق له عن طريق قوة المد والجزر.
وتتوقع النماذج النظرية أنه بعد فقدان كتلة كافية، يصبح النجم غير مستقر، ويؤدي إلى نبض غير متحكم فيه ثم انفجار لاحق.
ومن أجل دراستهم، قام الفريق بالتحقيق في ما إذا كانت هذه القناة قادرة على تصنيع عناصر ثقيلة مماثلة لقناة الاندماج.
وهناك عدد قليل جدا من الدراسات السابقة لهذه العملية لأن النمذجة تمثل تحديا حسابيا يتضمن حساب التفاعلات النووية واسعة النطاق للغاية وحساب البيئة القاسية المحيطة بالنجم النيوتروني.
ونجح الفريق في التغلب على الحاجز الحسابي وقام بمحاكاة كيفية حدوث هذه الانفجارات. وللتأكد من حساب العناصر الكيميائية بشكل صحيح، استخدموا شبكة نووية كبيرة تضم أكثر من 3000 نظير مع أحدث الفيزياء الدقيقة.
وتؤكد نتائجهم الجديدة أن النجم النيوتروني الفردي منخفض الكتلة غير المستقر، ويمكن أن ينفجر. ويشبه التركيب الكيميائي للمقذوفات التركيب الشمسي إلى حد كبير، خاصة في العناصر الثقيلة. ويشير هذا إلى أن هذا السيناريو يمكن أن يكون طريقة مهمة أخرى لتفسير توزيع العناصر الكيميائية في الكون.
وتلقي هذه الدراسة الضوء على أحد الأسئلة الأساسية حول الكون: من أين تأتي جميع العناصر الكيميائية؟، وكيف تطور الكون من الهيدروجين والهيليوم فقط إلى 118 عنصرا متنوعا؟.
وسيواصل الفريق التحقيق في احتمالات رصد الانفجار وتحسين فيزياء المدخلات لجعل عمليات المحاكاة أكثر واقعية.
المصدر: phys.org