الكون والمعادن الثقيلة

الفضل في ولادة شيء مثل المعادن الثقيلة. إذا كان الأمر كذلك ، فنحن بحاجة ماسة لإجراء عملية إجهاض.
- جينجر بيكر مؤسس فرقة الروك البريطانية كريم

انظر حولك. انظر حولك بعناية. لكل ما يحيط بك - الحجارة ، الأشجار ، الجبال ، السماء ، الغيوم ، الشمس ، الماء ، جميع الكائنات الحية.

ماذا يتكون كل ذلك؟



على المستوى الأساسي ، كل شيء تعرفه ، كل شيء على الأرض ، يتكون من ذرات. الهيدروجين ، الكربون ، النيتروجين ، الكالسيوم ، الحديد ، الذهب ، إلخ. يتم الجمع بين جميع عناصر الكون بعدة طرق مختلفة للحصول على كل ما يمكننا ملاحظته في الكون. وإذا نظرنا إلى جوهر الأشياء ، سنرى نفس الشيء الذي يمنح كل ذرة خصائصه الخاصة.



والمثير للدهشة أنه سيكون فقط عدد البروتونات في نواة الذرة. ويمكن لمجموعة متنوعة من الأشياء الموجودة في عالمنا أن توجد فقط لأنه يوجد في العالم وفرة من العناصر المختلفة ، من الهيدروجين إلى اليورانيوم وما بعده.



لكن كل هذه العناصر لم تكن موجودة دائمًا. وبالطبع ، لم يكن هناك دائمًا العديد منهم كما هو اليوم. على سبيل المثال ، بعد بضع دقائق من الانفجار العظيم ، تبرد الكون بما يكفي لجميع التفاعلات النووية التي يمكن أن تحدث في ظل الظروف الحالية. ويمكننا أن نقول ما هي العناصر التي كانت في تلك اللحظة في الكون.



من الغريب ، لكن الكون (بالكتلة) يتكون من 76٪ هيدروجين ، 24٪ هيليوم ، وليس أكثر من 0.0000001٪ من جميع العناصر الأخرى مجتمعة. يبرد الكون ويولد ذرات محايدة بدون مشاكل ، ولكن بما أن الهيدروجين مع الهليوم وكمية لا تذكر من الذرات الأخرى ظهرت فيه ، فلا يمكن للمرء أن يتفاجأ إلا بالنظر إلى ما لدينا اليوم.



من أين جاء كل هذا؟ ظهرت جميع العناصر المتاحة اليوم ، ولا تزال تظهر بطريقة واحدة: في النجوم.



إن شمسنا ، مثل معظم النجوم ، في سياق الاندماج النووي تحول الهيدروجين إلى هيليوم ، وهذا ما يغذي النور. لكن أثقل النجوم وأكثرها ضخامة يحرقون وقودهم بشكل أسرع. وعندما يحرقون كل الهيدروجين ، يحولون الهيليوم الناتج إلى كربون ، ثم إلى النيتروجين والأكسجين والنيون والصوديوم ، ثم إلى السيليكون والكبريت ، ثم إلى الحديد والنيكل والكوبالت والنحاس.



تصل النجوم إلى هذه المرحلة ، التي تتجاوز كتلتها الحد الأدنى للطاقة الشمسية بمقدار ثمانية ، أو حتى مئات المرات. سوف يستغرق شمسنا حوالي عشرة مليارات سنة لحرق كل وقودها. وتحترق النجوم الأكثر ضخامة من عشرات الملايين إلى عشرات الآلاف من السنين فقط حتى نفاد الوقود في جوهرها! والمرحلة التالية مسلية للغاية.



يتحول النجم إلى مستعر أعظم ، والطاقة المنبعثة منه تكفي لإنشاء جميع عناصر الكون ، وبكمية ضخمة.

يُظهر الفيديو كيف تنتشر هذه العناصر وتسقط في الكون. من وجهة نظر الهيدروجين النقي والهيليوم ، يمكننا القول أنها "تلوث" الكون. ولكن إذا كنت تحب وفرة جميع هذه المعادن الثقيلة والعناصر الأخرى في الكون ، فيمكنك القول أنها تثريها.

في بعض المناطق الغنية في الماضي بكميات كبيرة من النجوم - خاصة حيث تغيرت أجيال عديدة من النجوم بالفعل - يمكنك العثور على كمية ضخمة من المعادن. هذه هي بالضبط الصورة التي لوحظت في ذلك الجزء من الكون حيث توجد الشمس. بعد كل شيء ، لديها عدد كبير من خطوط الامتصاص الطيفي التي تحدد بشكل فريد وجود العناصر الثقيلة!



على عكس الكون "النظيف" ، فإن منطقتنا من الكون مخصبة ، وحوالي 2٪ من جميع العناصر الموجودة فيه أثقل من الهيدروجين أو الهيليوم. سبقت شمسنا جيلين على الأقل من النجوم التي شكلت ، أحرقت وقودها ، ماتت وأثرت منطقتهم الفضائية. ولكن لا يمكن تسمية منطقتنا بأنها واحدة من أغنى مناطق الكون ، أو حتى مجرتنا.

وأين يمكن أن نبحث عن هذه المناطق؟



يوجد عدد كبير من العناصر الأثقل من الهيليوم ، الذي يطلق عليه علماء الكون المعادن ، في مراكز المجرات الأكثر ضخامة - ألمع المناطق وأكثرها نشاطًا وقاسية معروفة في الكون.

بدأت المجرات في تشكيل النجوم بعد 50-100 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم ، وفي المجرات الأكثر ضخامة وأغنى قبل أن يصل ضوءها إلينا ، ليس واحدًا أو اثنين ، ولكن يمكن استبدال العديد من أجيال النجوم.

لذلك ، عندما أرى أخبارًا مثل هذه :

فوجئ العلماء باكتشاف وجود الكربون في الكون في وقت أبكر بكثير مما كان يعتقد في السابق.

أنا مندهش للغاية. لأنهم إذا لم يقصدوا العام "السابق" لعام 1920 ، فإننا لا نعتقد ذلك!



هذا هو TN J0924-2201 ، الأبعد عن المجرات الراديوية المفتوحة (مع الانزياح الأحمر z = 5.19. كلما زاد عدد الانزياحات الحمراء ، كان الكون أصغر سنًا ، وكلما كان الجسم أبعد منا). كتب عنها عمل علمي. لكن هل من المفاجئ اكتشاف الكثير من المعادن الثقيلة في هذه المجرة؟ نقتبس المقالة :

في النطاق 2.0 <z <4.5 ، لم يلاحظ أي تطور للمعادن. باستخدام التحليل الطيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء ، لم يجد جيانغ وزملاؤه (2007) تطورًا واضحًا للمعدنية حتى z ~ 6. مؤخرًا ، وجد خواريز وزملاؤه (2009) أن المعدن مرتفع جدًا حتى بالنسبة للكوازارات مع z ~ 6. تظهر هذه النتائج أن العصر الرئيسي للتطور الكيميائي في نوى المجرات النشطة هو z> 6.

لا تنخدع بالعناوين الرئيسية: من المعروف جيدًا أن الكون كان غنيًا بالمعادن وتطور بجدية بالفعل بعد مئات الملايين من السنين من الانفجار العظيم ، أي عندما كان عمره 5٪ فقط من الحاضر! على سبيل المثال ، دعنا ننتبه لهذه المجرة "الصغيرة":

scienceblogs.com/startswithabang/files/2011/11/spitzer_hubble_big_baby_galaxy_2.jpeg

يبلغ عمر هذه المجرة 700 مليون سنة فقط ، ويصبح انزياحها الأحمر بحيث يتحول الضوء القادم منها - ومعظمه أزرق أو فوق بنفسجي - بالفعل من الجزء المرئي من الطيف! ومع ذلك ، فإن هذه المجرة ليست أكبر من كتلة درب التبانة سوى 8 مرات ، بل إنها أكثر ثراء في العناصر الثقيلة من شمسنا!

ومع ذلك ، نعلم أنه في مرحلة ما في الماضي ، كانت أول النجوم المتكونة تتكون فقط من الهيدروجين والهيليوم. اين كانت؟ يبقى فقط لمزيد من النظر في الماضي.



حتى الآن ، هذا هو أبعد مجرات معروفة لنا: UDFj-39546284 . كان موجودًا عندما كان عمر الكون 480 مليون سنة فقط ، أي 3.5٪ من عمره الحالي!

هناك عدد صغير من النجوم الزرقاء الساخنة في هذه المجرة ، وكتلتها أقل من 1٪ من كتلة درب التبانة! هل شكلت النجوم الأولى هناك؟ هل هذه المجرة نموذجية للمراحل المبكرة الموجودة من الكون؟

وفقًا لأفضل نظرياتنا ، لن نفاجأ إذا كانت المجرات المبكرة غنية بالمعادن ، وفي كثير من الحالات كانت كتلتها مماثلة لكتلة درب التبانة. ولكن في مرحلة ما ، ستكون بعض المجرات البعيدة هي الأولى. ونريد أن نعرف أين كانت ومتى. والآن ، يتم تطوير خطة واحدة فقط لتوضيح هذه الحقيقة.



وهذا مجرد أحد الأسباب التي تجعلنا نحتاج إلى تلسكوب فضائي لهم. جيمس ويب!

وبينما لم نطلقه ، لا تفاجأ بأن الأجزاء البعيدة من الكون تتكون من المعادن الثقيلة والنجوم المتطورة والمجرات الضخمة. الكون هو مكان يحدث فيه كل شيء نعرفه بسرعة كبيرة. يمكن للمرء أن يخمن فقط عدد السنوات الماضية ، في ظل ظروف مناسبة ، يمكن أن تكون الكواكب وحتى الحياة قد تشكلت!