مگنتارها با شعله‌های قدرتمندشان طلا و فلزات سنگین خلق می‌کنند

• شعله‌های قدرتمند از مگنتارها – ستارگان فشرده مرده با میدان‌های مغناطیسی شدید – می‌توانند عناصری سنگین مانند طلا و پلاتین ایجاد کنند.
• یک شعله از مگنتار SGR 1806–۲۰ در سال ۱۳۸۲ به احتمال زیاد مقدار زیادی عنصر سنگین تولید کرده است که ممکن است معادل یک سوم جرم زمین باشد.
• این کشف شعله‌های مگنتارها را به‌عنوان سومین منبع اصلی عناصر سنگین در کیهان معرفی می‌کند، در کنار ادغام‌های ستارگان نوترونی و ابرنواخترها.

مگنتارها: مکانیزم جدیدی برای تولید عناصر سنگین

یک ستاره نوترونی زمانی شکل می‌گیرد که هسته یک ستاره عظیم در انفجار ابرنواختر فرو می‌ریزد. نیروهای گرانشی شدید هسته را فشرده کرده و بیشتر عناصر آن را به ذرات زیراتمی به نام نوترون‌ها تبدیل می‌کنند. مگنتارها، ستارگان نوترونی هستند که میدان‌های مغناطیسی شدیدی دارند. در ۹ اردیبهشت ۱۴۰۴، دانشمندان اعلام کردند که یک شعله قدرتمند از مگنتار به نام SGR 1806–۲۰ باعث ایجاد مقادیر زیادی عناصر سنگین شامل طلا، استرانسیوم، اورانیوم و پلاتین شده است. آن‌ها معتقدند که شعله‌های مگنتارها می‌توانند تا ۱۰٪ از عناصر سنگین در کهکشان ما را تولید کنند.

آنی‌رود پاتل از دانشگاه کلمبیا، نویسنده اصلی این مطالعه است. او گفت:
“فکر کردن به اینکه برخی از عناصر سنگین اطراف ما، مانند فلزات گرانبها در گوشی‌ها و رایانه‌های‌مان، در این محیط‌های شدید و عجیب تولید می‌شوند، واقعاً شگفت‌انگیز است.”

چند دهه پیش، دانشمندان تصور می‌کردند که تمام عناصر سنگین‌تر از آهن در انفجارهای ابرنواختر تشکیل می‌شوند. اما مدل‌های ریاضی نشان داد که این تصویر کاملی نیست. ابرنواخترها به‌طور قطع عناصر سنگین تولید می‌کنند، اما تنها ابرنواخترها نمی‌توانند فراوانی عناصر سنگینی که امروزه در کیهان مشاهده می‌کنیم را ایجاد کنند. بنابراین، دانشمندان به جستجوی منابع دیگر برای تولید عناصر سنگین پرداختند و دریافتند که ادغام ستارگان نوترونی نیز این عناصر را تولید می‌کند. حالا با این مطالعه جدید، به نظر می‌رسد که شعله‌های مگنتارها هم آن‌ها را تولید می‌کنند. شعله‌های مگنتارها منبع مهم دیگری برای عناصر سنگین هستند.

یک مشاهدۀ جذاب از شعله‌های مگنتار که عناصر سنگین تولید می‌کند

در ۷ دی ۱۳۸۳، رصدخانه سویفت که در مدار زمین قرار دارد و شامل یک تلسکوپ گاما است، یک انفجار قدرتمند تابش شناسایی کرد. این تابش از SGR 1806–۲۰، یک مگنتار با میدان مغناطیسی که میلیاردها برابر قوی‌تر از میدان مغناطیسی زمین است، می‌آمد. در فضا، رویدادهای کیهانی شدید، پرتوهای گاما یا انرژی الکترومغناطیسی در طول‌موج‌های کوتاه منتشر می‌کنند. در این مورد، شعله از مگنتار تنها چند ثانیه طول کشید، اما بیشتر انرژی از آنچه که خورشید در یک میلیون سال آزاد می‌کند، منتشر شد. علاوه بر این، حدود ۱۰ دقیقه بعد، رصدخانه یک سیگنال ضعیف‌تر از این ستاره شناسایی کرد که برای ۲۰ سال به‌عنوان یک معما باقی ماند.

دانشمندان اکنون می‌گویند که سیگنال ضعیف‌تر نشان‌دهنده فرآیند ایجاد عناصر سنگین است. محاسبات آن‌ها نشان می‌دهند که شعله قدرتمند مقادیر زیادی عناصر سنگین، معادل یک سوم جرم زمین، تولید کرده است.

فرآیند تشکیل عناصر سنگین از طریق جذب نوترون‌ها

در هسته ستارگان، سنگین‌ترین عنصری که می‌تواند از طریق همجوشی هسته‌ای تشکیل شود آهن است. برای تشکیل عناصر سنگین‌تر مانند استرانسیوم، پلاتین و طلا، یک مکانیزم دیگر ضروری است. این فرآیند جذب نوترون‌ها نام دارد که در آن هسته‌های اتمی با نوترون‌ها برخورد کرده و هسته‌های سنگین‌تری تشکیل می‌دهند. این هسته‌های سنگین ممکن است در ابتدا ناپایدار باشند، اما در نهایت به یک حالت پایدار می‌رسند و به یکی از چندین عنصر سنگینی که امروز می‌شناسیم، تبدیل می‌شوند.

راه سوم برای تولید عناصر سنگین، از طریق شعله‌های مگنتارها

این مطالعه جدید شواهدی فراهم می‌کند که نشان می‌دهد یک راه سوم برای تولید عناصر سنگین وجود دارد، از طریق فرآیند r، در شعله‌های قدرتمند مگنتارها. اینفوگرافیک زیر این فرآیند را نشان می‌دهد.

در جستجوی شعله‌های بیشتر در مگنتارها

دانشمندان بر این باورند که حدود ۱٪ تا ۱۰٪ از عناصری که از طریق فرآیند r، یا جذب سریع نوترون، تولید می‌شوند، در شعله‌های مگنتارها منشأ دارند. باقی‌مانده این عناصر سنگین از ادغام ستارگان نوترونی به دست می‌آید. اما اینکه هر فرآیند چقدر سهم دارد، دشوار است که به طور قطعی بدانیم. تا کنون، ستاره‌شناسان فقط یک ادغام ستاره نوترونی و یک شعله مگنتار را مشاهده کرده‌اند که هر دو شواهدی از تولید عناصر سنگین دارند.
پاتل گفت:
جالب‌ترین نکته درباره این شعله‌های عظیم این است که می‌توانند خیلی زود در تاریخ کهکشانی رخ دهند. شعله‌های عظیم مگنتارها می‌توانند راه‌حلی برای مشکلی باشند که ما داشتیم؛ مشکلی که در آن، عناصر سنگین بیشتری در کهکشان‌های جوان دیده می‌شود که نمی‌توانستند تنها از طریق برخورد ستارگان نوترونی ایجاد شوند.

محققان برای محدود کردن درصد عناصری که از طریق جذب سریع نوترون در شعله‌های مگنتارها تولید می‌شوند، به داده‌های بیشتری نیاز دارند. ناسا در سال ۱۴۰۶ مأموریت طیف‌سنج و تصویربردار کامپتون را راه‌اندازی خواهد کرد. این تلسکوپ پرتو گاما امیدوار است که شعله‌های بیشتری از مگنتارها را شناسایی کند.
متزگر گفت:
پس از شناسایی یک انفجار پرتو گاما، شما باید ظرف ۱۰ تا ۱۵ دقیقه یک تلسکوپ فرابنفش را به سمت منبع هدایت کنید تا قله سیگنال را ببینید و تأیید کنید که عناصر فرآیند r در آنجا تولید شده‌اند. این یک تعقیب جذاب خواهد بود.