یک نکته جالب برای اینکه احساس خاصتری نسبت به خودتان داشته باشید: احتمال زیادی وجود دارد که چیزی که همین حالا پوشیدهاید، بسیار قدیمیتر از خود خورشید باشد.
البته منظور ما عناصر شیمیایی است. هیچ وسیلهای که در اختیار دارید، به شکل فعلی خود (مثلاً یک عروسک شِرِک) بیش از ۴.۵ میلیارد سال قدمت ندارد. اما اگر وسیلهای دارید (مثلاً یک انگشتر طلا) که شامل عنصری سنگینتر از آهن است، میتوانید مطمئن باشید که بخشهای تشکیلدهنده آن پیش از شکلگیری ستاره ما به وجود آمدهاند.
فلزات سنگین
در آغاز جهان، تنها هیدروژن، هلیوم و مقدار کمی لیتیوم وجود داشت. وقتی نخستین ستارههای جهان شکل گرفتند، شروع به همجوشی هیدروژن به هلیوم کردند و سپس هلیوم را به کربن و کربن را به عناصر سنگینتر مانند اکسیژن، منیزیم و نئون تبدیل کردند.
ناسا توضیح میدهد: «برای بزرگترین ستارهها، این زنجیره ادامه پیدا میکند تا زمانی که سیلیکون به آهن تبدیل شود. این فرآیندها انرژی تولید میکنند که مانع فروپاشی هسته ستاره میشود، اما هر سوخت جدید، زمان کمتری برای ادامه فعالیت در اختیار ستاره قرار میدهد.»
«کل این فرآیند تنها چند میلیون سال طول میکشد. زمانی که سیلیکون به آهن تبدیل میشود، ستاره در عرض چند روز سوخت خود را از دست میدهد. مرحله بعدی، ترکیب آهن و تبدیل آن به عناصر سنگینتر است، اما این کار به جای آزاد کردن انرژی، به انرژی نیاز دارد.»
تصور میشود عناصر سنگینتر از آهن در محیطهایی با انرژی بسیار بالا تولید میشوند؛ مانند شرایطی که هنگام انفجار یک ستاره عظیم به شکل ابرنواختر ایجاد میشود. علاوه بر این، خورشید ما هنوز در مرحله اصلی زندگی خود قرار دارد و در حال تبدیل هیدروژن به هلیوم است. بنابراین تمام کربنی که بدن شما را تشکیل میدهد، از یک منظومه ستارهای دیگر آمده است؛ همانطور که آهن موجود در وسایلی مانند ست بازی یا تجهیزات فلزی شما نیز از ستارهای دیگر سرچشمه گرفته است.
طلا کجاست؟
اینکه دقیقاً تمام عناصر سنگینتر مانند طلا از کجا آمدهاند، هنوز تا حدی یک معما باقی مانده است؛ بهخصوص با توجه به مقدار و پراکندگی آنها در جهان.
آنیرود پاتل، دانشجوی دکتری دانشگاه کلمبیا در نیویورک، پس از انتشار یک مطالعه جدید در این زمینه گفت: «این یک پرسش بسیار بنیادی درباره منشأ ماده پیچیده در جهان است. این یک معمای جالب است که هنوز حل نشده است.»
البته دانشمندان کاملاً سردرگم نیستند. ما میدانیم بسیاری از عناصر سنگین چگونه از طریق فرآیند جذب سریع نوترونها تولید میشوند، اما دقیقاً نمیدانیم این اتفاق در کجا رخ میدهد.
این گروه پژوهشی در مقاله سال ۲۰۲۵ خود توضیح داد: «تقریباً نیمی از عناصر سنگینتر از آهن در جهان از طریق فرآیند جذب سریع نوترون (r-process) ساخته میشوند. با وجود این شناخت، یافتن مکانهای اخترفیزیکی که شرایط لازم برای این فرآیند را فراهم میکنند، همچنان دشوار بوده است.»
از جمله مکانهای احتمالی میتوان به برخورد ستارههای نوترونی، بادهای ستارهای حاصل از ستارههای نوترونی اولیه در انفجار ابرنواخترها و خروجیهای دیسک برافزایشی سیاهچالهها در هنگام فروپاشی ستارگان عظیم اشاره کرد.
یک انفجار عظیم؟
یکی از بزرگترین معماها این است که نخستین عناصر سنگین چگونه پیش از گذشت زمان کافی برای شکلگیری ابرنواخترها ایجاد و در سراسر جهان پراکنده شدند. برای مثال، تصور میشود ستارههای نوترونی آنقدر دیر شکل گرفتهاند که نمیتوانند توضیحدهنده وجود عناصر سنگین اولیه باشند.
با بررسی دادههای قدیمی، این تیم پژوهشی شواهدی برای یک منبع احتمالی دیگر پیدا کرد: فورانهای مگنتارها.
مطالعات نظری نشان دادهاند که عناصر سنگین میتوانند زمانی شکل بگیرند که فورانهای مگنتار، پوسته ستارههای نوترونی را داغ کرده و به بیرون پرتاب میکنند و این مواد را با سرعت بسیار زیاد در سراسر جهان پخش میکنند.
پژوهشگران با بررسی دادههای یک فوران عظیم مشاهدهشده در دسامبر ۲۰۰۴ دریافتند که نشانههای ثبتشده با پیشبینیهای مربوط به تولید و پرتاب عناصر سنگین توسط یک مگنتار در جریان یک انفجار بزرگ مطابقت دارد.
پاتل گفت: «خیلی جالب است که فکر کنیم برخی از مواد موجود در گوشی یا لپتاپ من، در یک انفجار شدید در طول تاریخ کهکشان ما ساخته شدهاند.»
البته برای مشاهده رویدادهای بیشتری از این نوع باید منتظر بمانیم، اما این یافتهها شواهد جذابی برای این نظریه هستند. پژوهشگران معتقدند چنین رویدادهایی میتوانند مسئول تولید ۱ تا ۱۰ درصد از عناصر سنگینتر موجود در کهکشان باشند.
با این حال، مادهای که انگشتر طلای شما را تشکیل میدهد، در یک رویداد پرانرژی و عظیم، مدتها پیش از شکلگیری خورشید و سیارات و پیدایش منظومه شمسی ساخته شده است.
پس هر چند وقت یکبار آن را تمیز و براق کنید؛ چون بخشی از تاریخ جهان را با خود حمل میکنید.
