فلزات سنگین کیهانی برای ردیابی تاریخ کهکشانها به کمک دانشمندان می‌‌آیند.
اخترفیزیکدانان اخیرا به این نتیجه رسیده‌‌اند که برخورد چگال‌ترین ستاره‌‌های عالم نه تنها می‌‌تواند فلزات سنگینی مانند طلا، نقره و پلاتین را ایجاد کند، بلکه اطلاعات ارزشمندی را درباره‌‌ی تاریخ کل کهکشانها فراهم می‌‌کند.
یافتن منشأ بسیاری از فلزهای با ارزش در جدول تناوبی مانند طلا، نقره و پلاتین، حدود شش دهه است که ذهن دانشمندان را به خود مشغول داشته است. اخیراً پژوهشی که توسط اخترفیزیکدانان انجام شده، منشأ این فلزات را در یک ستاره‌‌ی کم نور از کهکشانی کوتوله در فاصله‌‌ای بسیار دوردست یافته است.
بنیاد کاولی (Kavli Foundation) در این باره به تازگی اطلاعاتی را منتشر کرده است. بر اساس این اطلاعات دو محقق اصلی در جریان انجام این پژوهش‌‌ها بوده‌‌اند. فرآیند تولید فلزات گرانبها فرآیند آر (r-process) نام دارد و محققان دلیل دشواری یافتن سازوکار آن را توضیح داده‌‌اند.
آنا فربل (Anna Frebel)، استادیار گروه فیزیک مؤسسه‌‌ی فناوری ماساچوست ((MIT و یکی از اعضای مؤسسه‌‌ی کاولی در بخش پژوهشهای اخترفیزیکی و فضایی می‌‌گوید: «یافتن اینکه چگونه فلزات فرآیند آر برای نخستین بار شکل گرفته‌‌اند در فیزیک هستهای به معمایی تبدیل شده بود. تولید این فلزات مستلزم وجود مقادیر بالای انرژی است و ساخت آنها به طور آزمایشگاهی تقریباً غیرممکن است. در واقع فرآیند تولید این فلزها در کره‌‌ی زمین امکان‌پذیر نیست. به همین دلیل ما نیز از ستاره‌‌ها و اشیای کیهانی به عنوان آزمایشگاه خود استفاده می‌‌کنیم.»
یافته‌‌ها همچنین نشان می‌‌دهند که چگونه تعیین محتویات ستاره‌‌ها می‌‌تواند تاریخ کهکشان‌‌های میزبان آنها را روشن کند. این پژوهش‌‌ها در حوزه‌‌ی رویکرد نوظهوری به نام باستان‌‌شناسی ستاره‌‌ای (stellar archaeology) انجام می‌‌شوند. فیزیکدان‌‌ها با مطالعه‌‌ی تاریخ کهکشانها اطلاعات بیشتری درباره‌‌ی شرایط عالم اولیه به دست می‌‌آورند. (توجه داشته باشید کهباستان‌‌شناسی ستاره‌‌ای با علم اخترباستان‌‌شناسی (Archaeoastronomy) تفاوت دارد. موضوع علم اخترباستان‌‌شناسی مطالعه‌‌ی ابنیه و ابزارهای نجومی به‌جا مانده از ملل گذشته است.)
آنا فربل می‌‌گوید: «من حقیقتاً معتقدم که این یافته‌‌ها دریچه‌‌ی تازه‌‌ای را برای مطالعه‌‌ی شکل‌گیری کهکشان‌‌هایی با ستاره‌‌های تکی و ردیابی برخی عناصر جدول تناوبی به روی ما باز کرده‌‌اند. در واقع کار ما برقراری رابطه میان مقیاس‌‌های کوچک ستاره‌‌ای با مقیاس‌‌های بزرگ کهکشانی است.»
در اواخر دهه‌‌ی ۱۹۵۰ فیزیکدانان هستهای دریافتند که ستاره‌‌هایی متشکل از ذره‌‌های زیراتمی نوترون، مسئول ساخته شدن عناصری تحت فرآیند آر هستند. در میان این عناصر، فلزات نام آشنایی همچون اورانیوم و سرب هم وجود داشتند. محققان انفجار ستاره‌‌های نوترونی غول پیکر و برخورد یا ادغام آنها را منبع قابل قبولی از این فلزها عنوان کردند. اما تا کنون شواهد تجربی این مالب را تآیید نکرده بود.
امروز محققان مؤسسه‌‌ی کاولی این شکاف رصدی را پر کرده‌‌اند. هنگامی که نور ستاره‌‌هایی روشناز کهکشان رتیکیولوم دوم (Reticulum II) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند، معلوم شد که این ستاره‌‌ها حاوی مقادیر زیادی از فلزات فرآیند آر هستند. کهکشان رتیکیولوم دوم در فاصله‌‌ی صدهزار سال نوری از ما قرار گرفته است.
از آنجایی که عناصر سنگین نمی توانند خود به خود ساخته شده باشند، محققان به دنبال کلیدی در گذشته‌‌ی کهکشان رتیکیولوم دوم بودند که ستاره‌‌ها را قادر می‌‌ساخت تا این فلزات را ایجاد کنند. در حین پژوهش‌‌ها معلوم شد که فراوانی عناصر سنگین در این ستاره‌‌ها به برخورد دو ستاره‌‌ی نوترونی مربوط میشود.
برای نخستین بار یکی از دانشجویان آنا فربل به نام الکساندر جی (Alexander Ji)، با استفاده از تلسکوپ‌‌های ماژلان (Magellan telescopes) در رصدخانه‌‌ی لاس کامپاناس واقع در کشور شیلی، موفق به کشف ستاره‌‌های غنی از فلزات گرانبها شده بود. او نویسنده‌‌ی اول مقاله‌‌ای است که در همین رابطه در ژورنال علمی نیچر (journal Nature) به چاپ رسیده است.
جی در میزگردی که در رابطه با این کشف برگزار شده می‌‌گوید: «در زمان بررسی نور ستاره، هنگامی که درباره‌‌ی فرآیند آر مطالعه کردیم، با خود گفتیم که این فقط یک اشتباه است! این نورها نمی توانند از این کهکشان آمده باشند! من به شخصه زمان زیادی را صرف کردم تا مطمئن شوم که تلسکوپ به درستی روی ستاره‌‌ی مورد نظر ما تنظیم شده است و ستاره‌‌ی دیگری را نشان نمی دهد.» جی پس از ارائه‌‌ی توضیحاتی درباره‌‌ی چگونگی وجود فلزات فرآیند آر می‌‌گوید: «به عقیده‌‌ی من یکی از عواملی که مردم را به علم نجوم جذب می‌‌کند، این است که نجوم منشأ و ریشه‌‌ی پدیدههای در اطراف ما را ادراک می‌‌کند.»
انریکو رامیرز رویز (Enrico Ramirez-Ruiz)، استاد نجوم و اخترفیزیک دانشگاه کالیفرنیا که به میزگرد خبری فربل و جی پیوسته بود می‌‌گوید: «من در یک برهه‌‌ی زمانی برخورد ستاره‌‌های نوترونی را بررسی می‌‌کردم. به همین دلیل از دیدن نتایج پژوهشهای این گروه در مؤسسه‌‌ی کاولی بسیار هیجان زده هستم. ممکن است برخورد دو ستاره‌‌ی نوترونی و ساخته شدن فلزات گرانبها در کهکشان‌‌های کوچک دیگری هم رخ داده باشد. همچنین محتمل است که مسبب وجود بخش عمده‌‌ای از این فلزها در سراسر جهان، همین برخوردهای میان ستاره‌‌های نوترونی باشد.»
فرآیند آر یک فرآیند سنتز هستهای است که در فروپاشی هسته‌ی ابرنواخترها رخ می‌دهد و عامل ایجاد حدوداً نیمی از هسته‌های اتمی غنی از نوترون، یعنی عنصرهای سنگین‌تر از آهن است. این فرآیند دربرگیرنده‌ی یک توالی از جذب نوترون سریع توسط یک هسته‌ی سنگین مانند هسته‌ی آهن۵۶، یا سایر ایزوتوپ‌های سنگین غنی از نوترون است. این روند (rapid neutron captures) نام دارد و به اختصار فرآیند آر نامیده میشود.
منبع:
منابع مفید: