لقد سمعنا جميعًا هذا: عندما تشرب كوبًا من الماء ، تكون هذه المياه قد خضعت بالفعل لمجموعة من الجهاز الهضمي لأشخاص آخرين. ربما أتيلا الهون أو فلاد المخوزق ؛ ربما حتى الديناصور ريكس.
حسنًا ، نفس الشيء ينطبق على النجوم والمادة. كل الأشياء التي نراها حولنا هنا على الأرض ، حتى أجسادنا ، مرت بدورة واحدة على الأقل من الولادة النجمية والموت ، ربما أكثر. ولكن أي نوع من النجوم؟
هذا ما أراد فريق من الباحثين في ETH Zurich (Ecole polytechnique federale de Zurich) معرفته.
بدأت قصة نظامنا الشمسي منذ حوالي 4.5 مليار سنة عندما انهارت سحابة جزيئية. في وسط تلك السحابة المنهارة ، عادت الشمس إلى الحياة في اندماج ، وتكوّن قرص من الغاز والغبار حولها. في نهاية المطاف ، تشكلت جميع الكواكب في نظامنا الشمسي من هذا القرص الكواكب الأولية.
ضمن هذا القرص من المواد كانت حبيبات الغبار التي تكونت حول بعض النجوم الأخرى. تم توزيع هذه الحبوب الخاصة بشكل غير متساوٍ في جميع أنحاء القرص ، "مثل الملح والفلفل" ، وفقًا لماريا شونباشلر ، الأستاذ في معهد الكيمياء الجيولوجية والبترولوجيا في ETH زيوريخ. عندما تشكلت كواكب النظام الشمسي ، احتوى كل منها على مزيج خاص به من الغاز والغبار ، ومن تلك الحبوب الخاصة.
يسمح التقدم في تقنيات القياس للعلماء باكتشاف المواد التي تشكلت من الكواكب ، وتحديد أصلها. كل ذلك يعود إلى النظائر. النظير هو ذرة عنصر معين له نفس عدد البروتونات في نواته ، ولكن مع عدد مختلف من النيوترونات. على سبيل المثال ، هناك نظائر مختلفة للكربون ، مثل C13 و C14. في حين أن جميع نظائر الكربون تحتوي على 6 بروتونات ، فإن C13 يحتوي على 7 نيوترونات بينما يحتوي C14 على 8 نيوترونات.
إن مزيج النظائر المختلفة في الكوكب - ليس فقط من الكربون ولكن من العناصر الأخرى أيضًا - يشبه بصمة الإصبع. ويمكن لبصمة الإصبع هذه أن تخبر العلماء بالكثير عن أصول الجسم.
قال شونبوشلر في بيان صحفي: "لدى ستاردست بصمات متطرفة وفريدة من نوعها حقًا - ولأنها انتشرت بشكل غير متساوٍ من خلال القرص الكوكبي الأولي ، فإن كل كوكب وكل كويكب حصل على بصمة إصبعه الخاصة عند تشكيله".
على مر السنين ، كان العلماء يدرسون بصمات الأصابع هذه على الأرض وفي النيازك. تكشف المقارنات بين الاثنين عن الكيفية التي ساهمت بها النجوم الحمراء العملاقة التي ماتت منذ فترة طويلة في تكوين الأرض وكل شيء عليها. بما في ذلك لنا.
تمكن العلماء من مقارنة هذه الشذوذات النظائر بين الأرض والنيازك لمزيد من العناصر. قام شونبوشلر والعلماء الآخرون وراء دراسة جديدة بفحص النيازك التي كانت جزءًا من قلب الكويكبات التي دمرت منذ فترة طويلة. لقد ركزوا على عنصر البلاديوم.
وقد درست دراسات سابقة لعلماء آخرين نسب النظائر لعناصر أخرى ، مثل الروثنيوم والموليبدينوم ، وهما جيران البلاديوم في الجدول الدوري. سمحت هذه النتائج السابقة لفريق Schönböchler بالتنبؤ بما سيجدونه عندما بحثوا عن نظائر البلاديوم.
توقعوا كميات مماثلة من البلاديوم لكنهم حصلوا على مفاجأة.
يقول ماتياس إيك ، ما بعد الدكتوراه في جامعة بريستول الذي أجرى قياسات النظائر أثناء بحث الدكتوراه في ETH: "احتوت النيازك على شذوذات بالاديوم أصغر بكثير مما كان متوقعًا".
يقدم الفريق في ورقتهم نموذجًا جديدًا لشرح هذه النتائج. الورقة بعنوان "أصلسمعالجة تغاير نظائرها في القرص الشمسي للكواكب الأولية ". تم نشره في مجلة Nature Astronomy في 9 ديسمبر 2019. المؤلف الرئيسي هو Mattias Ek.
يوضح نموذجهم أنه على الرغم من أن كل شيء في نظامنا الشمسي تم إنشاؤه من النجوم ، إلا أن أحد أنواع النجوم ساهم بشكل أكبر في الأرض: عمالقة حمراء ، أو نجوم فرع عملاقة مقارب (AGB). هذه هي النجوم في نفس نطاق الكتلة مثل شمسنا والتي تتوسع إلى عمالقة حمراء عندما تستنزف هيدروجينها. ستصبح شمسنا واحدة من هذه في حوالي 4 أو 5 مليار سنة.
كجزء من حالتها النهائية ، تقوم هذه النجوم بتجميع العناصر في ما يسمى عملية s. تخلق عملية s ، أو عملية التقاط النيوترون البطيئة ، عناصر مثل البلاديوم ، وجيرانها على الجدول الدوري ، الروثينيوم والموليبدينوم. في ملاحظة مثيرة للاهتمام ، تخلق عملية s هذه العناصر ببذور نوى الحديد ، والتي تم إنشاؤها في السوبرنوفا في الأجيال السابقة من النجوم.
"البلاديوم أكثر تقلبًا من العناصر الأخرى المقاسة. ونتيجة لذلك ، تكثف القليل منه في الغبار حول هذه النجوم ، وبالتالي هناك عدد أقل من البلاديوم من النجم في النيازك التي درسناها.
هناك وفرة أكبر من المواد من عمالقة حمراء في ماكياج الأرض مما هو موجود في المريخ ، أو في الكويكبات مثل Vesta في نظامنا الشمسي. تحتوي المنطقة الخارجية على المزيد من المواد من المستعرات الأعظمية. يقول الفريق أنه يمكنهم شرح سبب ذلك.
يوضح شونباشلر: "عندما تكونت الكواكب ، كانت درجات الحرارة القريبة من الشمس مرتفعة جدًا". كانت بعض حبيبات الغبار غير مستقرة أكثر من غيرها ، بما في ذلك الحبوب ذات القشور الجليدية. تم تدمير هذا النوع في النظام الشمسي الداخلي ، بالقرب من الشمس. لكن النجم من العمالقة الحمراء كان أكثر استقرارًا وقاوم التدمير ، لذلك كان أكثر تركيزًا بالقرب من الشمس. ويقول المؤلفون إن الغبار الناتج عن انفجارات السوبرنوفا عرضة للتبخر بسرعة أكبر منذ صغر حجمه. لذا يوجد القليل منه في النظام الشمسي الداخلي وعلى الأرض.
يقول شونباشلر: "يتيح لنا هذا تفسير سبب احتواء الأرض على أكبر قدر من التخصيب للنجوم من النجوم العملاقة الحمراء مقارنة بالأجسام الأخرى في النظام الشمسي".
أكثر:
- بيان صحفي: ستاردست من عمالقة حمراء
- ورقة بحثية: أصلس- معالجة تغاير النظائر في القرص الشمسي للكواكب الأولية
- مجلة الفضاء: دراسة جديدة تسلط الضوء على كيفية تشكل الأرض والمريخ
