أصل الفلور موجود في المجرات الشابة في الكون المبكر

مثل جميع العناصر الموجودة على الأرض، للفلور أيضًا أصل كوني. والآن مقال طويل منشور في المجلة العلمية طبيعة علم الفلك، يلقي بعض الضوء على ذلك

"جيمس غيتش" أستاذ الفيزياء الفلكية وزميل أبحاث الجمعية الملكية، جامعة هيرتفوردشاير

[ترجمة د. موشيه نحماني]

إذا نظرت إلى المكونات التي تظهر على أنبوب معجون الأسنان، فمن المحتمل أن تصادف جملة مثل: "يحتوي على فلوريد الصوديوم". الفلورايد، كما نعلم جميعا، هو مادة مهمة لصحة أسناننا. تعمل المادة على تقوية الجسم الزجاجي للأسنان، تلك الطبقة الواقية الصلبة الموجودة حول السن، وبالتالي تساعد على منع حدوث "ثقوب في الأسنان".  

في الأساس، تم إنشاء جميع العناصر الموجودة في الطبيعة منذ فترة طويلة في تاريخ الكون. الهيدروجين هو أقدم عنصر. وقد تم إنشاؤه مباشرة بعد "الانفجار الكبير"، منذ حوالي 13.7 مليار سنة. وفي غضون دقائق بعد هذه اللحظة، تم أيضًا إنشاء العناصر خفيفة الوزن مثل الهيليوم والديوتيريوم والليثيوم في عملية تسمى "الاصطناع النووي للانفجار الكبير". ومنذ ذلك الحين، تشكلت جميع العناصر الأخرى تقريبًا من خلال عمليات تتضمن ولادة النجوم وموتها. ومع ذلك، لم تكن هذه النجوم موجودة دائمًا. لا يزال الباحثون لا يعرفون بالضبط متى تشكلت النجوم الأولى في الكون، ولكن من المحتمل أن ذلك لم يحدث خلال المائة مليون سنة التي تلت الانفجار الكبير مباشرة. قبل ذلك، كان الكون مليئًا بالهيدروجين، إلى جانب المواد الغامضة وغير المرئية التي يسميها علماء الفلك "المادة المظلمة". لم يكن هذا المستند متساويًا حقًا، ولكنه خشن - وأثقل قليلاً في أماكن مختلفة. كانت هذه هي نفس المناطق التي بدأت في الانكماش، أو "الانهيار"، بسبب قوة الجاذبية، أثناء تكوين مجرات جديدة. وفي الأماكن التي لم يكن فيها الغاز مضغوطًا بدرجة كافية، بدأت النجوم تتشكل أثناء إضاءة الكون. 

وكانت مليارات السنين التي تلت ذلك فترة من النمو السريع: فقد ارتفع معدل تكوين النجوم في الكون بشكل حاد حتى بلغ ذروته قبل عشرة مليارات سنة. ومنذ ذلك الحين، بدأ المعدل الإجمالي لتكوين النجوم في الكون في التناقص. ولهذا السبب يهتم علماء الفلك بشدة بفهم المراحل المبكرة من تكوين الكون: ما حدث بعد ذلك شكل ما نراه اليوم. على الرغم من أن لدينا الكثير من المعلومات حول كيفية تطور المجرات من حيث تكوين النجوم فيها، إلا أننا لا نملك سوى القليل من المعرفة حول تطورها الكيميائي في العصور القديمة. هذه الأفكار مهمة في ضوء حقيقة أنه عندما تولد النجوم أو تموت، فإن العناصر التي خلقتها تنتشر في جميع أنحاء المجرة وخارجها. وبعد سنوات عديدة، يمكن لبعض هذه العناصر أن تشكل كواكب جديدة مثل كوكبنا. 

وكجزء من البحث، اكتشف الباحثون مجرة ​​بعيدة تسمى NGP-190387 بمساعدة تلسكوب يكتشف الضوء بطول موجي يبلغ حوالي ملليمتر واحد. سمحت هذه الدراسة للعلماء بمراقبة الضوء المنبعث من الغبار/الغاز البارد في المجرات البعيدة. كشفت البيانات عن نتيجة غير متوقعة: إغفال انبعاث الضوء عند طول موجي يبلغ 1.32 ملم بالضبط. يتوافق هذا الطول الموجي تمامًا مع الطول الموجي الذي يمتص عنده جزيء فلوريد الهيدروجين (HF)، المكون من ذرة هيدروجين واحدة وذرة فلور واحدة، الضوء (مع الأخذ في الاعتبار تحول الطول الموجي بسبب توسع الكون). ويشير إغفال هذا الطول الموجي إلى وجود سحابة غازية مكونة من فلوريد الهيدروجين في المجرة. وفي ضوء ذلك فإن الأمر استغرق 12 مليار سنة للوصول إلينا على الأرض، وهكذا نرى المجرة كما كانت عندما كان عمر الكون 1.4 مليار سنة.

وهذا الاكتشاف مثير للاهتمام لأنه يوفر معلومات حول أن المجرات أصبحت غنية بالعناصر الكيميائية مباشرة بعد تكوينها. لقد تمكنا من رؤية أنه حتى في هذه السن المبكرة، تحتوي المجرة البعيدة (NGP-190387) على تركيز عالٍ من الفلور. على الرغم من أننا لاحظنا عناصر أخرى في المجرات البعيدة، مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين، إلا أن هذه هي المرة الأولى التي نقيس فيها الفلور في مجرة ​​تتشكل النجوم على هذا البعد. كلما لاحظنا مجموعة واسعة من العناصر في المجرات المبكرة، كلما كان فهمنا أفضل لعملية إثراء العناصر الكيميائية في تلك الحقبة.

نحن نعلم أنه يمكن إنتاج الفلور بعدة طرق: على سبيل المثال، في انفجارات النجوم من نوع المستعر الأعظم، وكذلك في النجوم الأخرى من النوع العملاق الأحمر التي تكون في نهاية حياتها بعد حرق معظم الهيدروجين والهيليوم الذي كان بداخلها. يمكن للنماذج التي تركز على كيفية تشكل العناصر في النجوم والمستعرات الأعظم أن تخبرنا بكمية الفلور المتوقعة في هذه المصادر. ولدهشتنا، وجدنا أن تركيز الفلور كان كبيرًا جدًا في المجرة البعيدة (NGP-190387) في ضوء تفسير انفجار المستعر الأعظم وحده. كان علينا أن نجد مصدر الكمية الإضافية، وكان التفسير الأكثر منطقية هو أن مصدر هذه الكمية هو نوع آخر من النجوم - نجم وولف رايت. النجوم من هذا النوع نادرة جدًا، إذ لا يوجد سوى مئات الوحدات من النجوم من هذا النوع التي تم تصنيفها لمجرة درب التبانة. لكن هذه نجوم ضخمة. تعد نجوم شعاع الذئب مرحلة من مراحل دورة حياة النجوم الثقيلة للغاية، حيث تكون كتلتها أكبر بعشر مرات من كتلة الشمس. وفي نهاية حياتها القصيرة، تحرق هذه النجوم الهيليوم في قلبها، وتكون أكثر سطوعًا بملايين المرات من شمسنا. عادة، تفقد النجوم من هذا النوع طبقتها الخارجية من الهيدروجين بسبب رياح الهيدروجين القوية، مما يؤدي إلى كشف قلب الهيليوم. في نهاية المطاف، سوف تنفجر هذه النجوم في انفجار سوبر نوفا مثير. عندما نضيف كمية الفلور المتوقع أن تأتي من نجوم Wolf-view إلى نموذجنا، يمكننا في النهاية الوصول إلى الكمية الصحيحة المتعلقة بالضوء المنبعث من المجرة NGP-190387.

يضيف هذا الاكتشاف إلى مجموعة الأدلة المتزايدة التي توضح أن نمو المجرات كان سريعًا بشكل مدهش في بداية الكون. هذه العمليات، التي تسببت في إثراء العناصر الكيميائية في الكون، هي أساس الكون الذي نراه حولنا اليوم، ويقدم هذا البحث رؤية جديدة لتفاصيل الفيزياء الفلكية التي تحكم كوننا، تلك التي بدأت في وقت مبكر كما قبل 12 مليار سنة.     

الأخبار في المحادثة