الخميس. سبتمبر 16th, 2021

بوابة شموس نيوز

إلكترونية – يومية – مصرية

عالم الفضاء والكون القديم 1

1 min read

د. إيهاب زايد – مصر

بالنسبة لأسلافنا أوسترالوبيثكس الذين جابوا إفريقيا قبل 2.5 مليون سنة ، فإن النجم الجديد الساطع في السماء سيثير الفضول بالتأكيد. وبقدر إضاءة البدر ، كان من الممكن أن يلقي بظلاله في الليل ويكون مرئيًا خلال النهار. مع تلاشي المستعر الأعظم خلال الأشهر التالية ، ربما تلاشى أيضًا من الذاكرة. لكنها تركت آثارًا أخرى ، ظهرت الآن للضوء.
على مدى العقدين الماضيين ، وجد الباحثون مئات الذرات المشعة ، المحاصرة في معادن قاع البحر ، والتي جاءت من انفجار قديم يشير إلى موت نجم قريب. استنفد وقود الاندماج الخاص به ، وانهار النجم ، مما أدى إلى نشوء موجة صدمية فجرت طبقاته الخارجية في كرة متسعة من الغاز والغبار شديدة الحرارة لدرجة أنها تتوهج لفترة وجيزة مثل المجرة – وفي النهاية أمطرت الأرض بهذه الذرات المنبهة.
من المحتمل أن وميض الأشعة السينية وأشعة جاما ، الذي انبثق من على بعد مئات السنين الضوئية ، لم يضر بالأرض. لكن كرة النار المتوسعة سرّعت أيضًا الأشعة الكونية – معظمها نوى الهيدروجين والهيليوم – لتقترب من سرعة الضوء. وصلت هذه المقذوفات خلسة ، بعد عقود من الزمن ، صعدت إلى حاملة وقود غير مرئية كان من الممكن أن تستمر لآلاف السنين وربما أثرت على الغلاف الجوي – والحياة. ربما هاجمت النجوم المتفجرة الأرض القديمة أشار إلي هذا المحرر العلمي دانيال كليري بمجلة العلوم الأمريكية
في سلسلة من الدراسات والتكهنات ، رسم علماء الفلك آثارهم المحتملة. قد يكون وابل الأشعة الكونية قد عزز معدلات الطفرات عن طريق تآكل طبقة الأوزون الواقية للأرض وتوليد زخات من الجسيمات الثانوية المخترقة للأنسجة. كانت الجزيئات ، التي تمزق الغلاف الجوي ، قد خلقت أيضًا مسارات للبرق ، وربما أشعلت حرائق الغابات. في الوقت نفسه ، يمكن أن تؤدي التفاعلات الجوية الناتجة عن الإشعاع إلى هطول أمطار من مركبات النيتروجين ، والتي من شأنها أن تخصب النباتات ، مما يؤدي إلى خفض ثاني أكسيد الكربون. بهذه الطريقة ، يمكن للحدث السماوي أن يبرّد المناخ ويساعد في بدء العصور الجليدية منذ 2.5 مليون سنة ، في بداية عصر البليستوسين. حتى لو تم أخذها معًا ، فإن التأثيرات “ليست مثل حدث انقراض الديناصورات – فهي أكثر دقة ومحلية” ، كما يقول برايان توماس ، عالم الفلك في جامعة واشبورن الذي درس التأثيرات الأرضية للكوارث الكونية لما يقرب من عقدين.
قلة من علماء الفلك يقترحون أن المستعرات الأعظمية تسببت في أي انقراض كبير في ذلك الوقت ، وعدد أقل من علماء الحفريات على استعداد لتصديقها. يقول بينشيلي هال ، عالم الحفريات في جامعة ييل: “الموت من الفضاء دائمًا رائع حقًا”. “الدليل مثير للاهتمام ولكنه لم يصل حقًا إلى الحد الأدنى لإدراجه في سجلي العقلي”.
ومع ذلك ، يعتقد صائدو المستعرات الأعظمية أن انفجارات أخرى ، كانت بعيدة في الوقت المناسب ، قد انطلقت بالقرب من الأرض. ويعتقدون أن هذه المستعرات الأعظمية يمكن أن تفسر بعض أحداث الانقراض التي تفتقر إلى المحفزات المعتادة مثل الانفجارات البركانية أو ارتطام الكويكبات. يقول أدريان ميلوت ، عالم الفلك في جامعة كانساس ، لورانس ، الذي يستكشف كيف يمكن أن تؤثر الكوارث الكونية القريبة على الأرض ، إن الوقت قد حان لدراسة تاريخ الأرض بدقة أكبر بحثًا عن ضربات المستعر الأعظم القديمة. لن يساعد ذلك علماء الفيزياء الفلكية فقط على فهم كيف شكلت الانفجارات جوار النظام الشمسي وزرعه بالعناصر الثقيلة ، ولكنه قد يمنح علماء الحفريات أيضًا طريقة جديدة للتفكير في نوبات التغيير العالمي. يقول ميلوت: “هذا جديد وغير مألوف”. “سوف يستغرق الأمر وقتًا حتى يتم قبولك.”
يعتقد علماء الفلك أن عددًا قليلاً من المستعرات الأعظمية تنفجر في مجرة درب التبانة كل قرن. وفقًا لقانون المتوسطات ، يجب أن تكون حفنة منها قد انفجرت بالقرب من الأرض – في غضون 30 سنة ضوئية – خلال عمرها البالغ 4.5 مليار سنة ، مع احتمال حدوث آثار كارثية. حتى الانفجارات التي تصل إلى 300 سنة ضوئية يجب أن تترك آثارًا على شكل بقع من الغبار تتطاير في قشرة الحطام المعروفة باسم بقايا المستعر الأعظم. عندما انطلق الفيزيائي لويس ألفاريز في السبعينيات مع ابنه الجيولوجي والتر ألفاريز لدراسة طبقات الرواسب المرتبطة بانقراض الديناصورات قبل 65 مليون سنة ، كانوا يتوقعون العثور على غبار المستعر الأعظم. وبدلاً من ذلك ، عثروا على عنصر الإيريديوم ، وهو عنصر نادر على سطح الأرض ولكنه وفير في الكويكبات.
لم يكن لدى ألفاريز الأدوات اللازمة للبحث عن غبار المستعر الأعظم ، على أي حال. نظرًا لأن الأرض تتكون بالفعل إلى حد كبير من العناصر المكونة في المستعرات الأعظمية منذ مليارات السنين ، قبل ولادة الشمس ، ارسالا ساحقا من الانفجارات الحديثة لا يمكن اكتشافها. ليس جميعهم. على اية حال. في تسعينيات القرن الماضي ، أدرك علماء الفيزياء الفلكية أن غبار المستعر الأعظم قد يودع أيضًا نظائر مشعة ذات عمر نصف يصل إلى ملايين السنين ، وهي أقصر من أن تكون موجودة منذ ولادة الأرض. يجب أن يأتي أي شيء تم العثور عليه من رشاشات حديثة جيولوجيًا. أحد الكاشفات الرئيسية هو الحديد -60 ، الذي تم تشكيله في قلب النجوم الكبيرة ، والذي يبلغ نصف عمر 2.6 مليون سنة ولا يصنع بشكل طبيعي على الأرض.
الأشعة الكونية: سيكون انطلاق انفجار الضوء عبارة عن نبضة أشعة كونية قريبة من سرعة الضوء – بروتونات عالية الطاقة ونوى أخرى – استمرت لآلاف السنين وربما تركت ندوبًا على المحيط الحيوي.برق مدهون عندما تتساقط الجسيمات في جزيئات الهواء ، فإنها تشكل قنوات أيونية – وهي مسارات يسهل تتبعها البرق. ربما تسبب زيادة الصواعق في اندلاع حرائق غابات حولت الغابات إلى السافانا.
انفجار الضوء لمدة شهر واحد أو أكثر ، كان الضوء من المستعر الأعظم ساطعًا مثل البدر. لكن أشعة جاما والأشعة السينية في الضوء ربما لم تكن قوية بما يكفي لإحداث ضرر. بقايا المستعر الأعظم: ستتبدد قشرة ممتدة من الغاز المتوهج والغبار قبل وصولها إلى الأرض بفترة طويلة ، لكنها لا تزال قادرة على نقل الذرات المشعة مثل الحديد -60. تم العثور على كميات ضئيلة في قشور قاع البحر وثلوج القطب الجنوبي والتربة القمرية.
المستعر الأعظم الانهيار الأساسي: عندما ينفد وقود الاندماج النجمي الهائل ، تنهار الجاذبية جوهره إلى نجم نيوتروني أو ثقب أسود. تؤدي موجة الصدمة المرتدة إلى تشتيت الطبقات الخارجية للنجم في حدث ساطع ومتفجر.خطر من بعيد اكتشف علماء الفلك آثار انفجار سوبر نوفا منذ 2.5 مليون سنة. يُعتقد أن الانفجار النجمي حدث على بعد 150 إلى 300 سنة ضوئية – بعيد جدًا عن إحداث انقراضات هائلة. لكنها مع ذلك قد تكون قد أثرت على المحيط الحيوي للأرض ، في الغالب من خلال وابل من الأشعة الكونية.
تشمل زخات الجسيمات الناتجة عن ضربات الأشعة الكونية الميونات (μ) ، وهي أشبال ثقيلة من الإلكترون يمكنها اختراق الأنسجة الحيوانية وتؤدي إلى الإصابة بالسرطان.المطر الكوني: يقوم الباحثون بنمذجة التأثيرات العديدة التي قد تحدثها وابل من الأشعة الكونية على الأرض.
في أواخر التسعينيات ، قرر غونتر كورشينك ، عالم فيزياء الجسيمات الفلكية في الجامعة التقنية في ميونيخ (TUM) ، البحث عنه ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى امتلاك الجامعة لمقياس طيف كتلة مسرع قوي (ASM) مناسب لهذه المهمة. بعد تأين العينة ، يعزز ASM الجسيمات المشحونة إلى طاقات عالية ويطلقها عبر مجال مغناطيسي. ينحني المجال مسارهم على سلسلة من الكاشفات ؛ أثقل الذرات انحرافًا أقل بسبب زخمها الأكبر.
يُعد فصل ذرات الحديد -60 عن النيكل -60 الضخم ولكن المشحون بشكل مختلف أمرًا صعبًا بشكل خاص ، ولكن TUM’s ASM ، الذي تم بناؤه في عام 1970 ، هو واحد من القلائل في العالم القوية بما يكفي لإثارة استفزازهم.
احتاج كورشينك أيضًا إلى العينة الصحيحة: رواسب جيولوجية ترسبت على مدى ملايين السنين قد تبرز فيها إشارة حديدية. لن تعمل نوى الجليد في القطب الجنوبي: فهي تعود فقط إلى بضعة ملايين من السنين أو نحو ذلك. تتراكم معظم رواسب المحيطات بسرعة كبيرة بحيث يتم تخفيف أي حديد -60 إلى مستويات لا يمكن اكتشافها.
انتهى الأمر بكورشينك باستخدام قشرة المنجنيز الحديدي التي جرفتها سفينة الأبحاث الألمانية فالديفيا من جبل بحري في شمال المحيط الهادئ في عام 1976. تنمو هذه القشور على بقع في قاع البحر حيث لا يمكن للرواسب الاستقرار بسبب المنحدر أو التيارات. عندما يكون الرقم الهيدروجيني للماء مناسبًا تمامًا ، تترسب ذرات المعدن بشكل انتقائي خارج الماء ، مما يؤدي إلى تكوين قشرة معدنية ببطء بمعدل بضعة ملليمترات كل مليون سنة.
قام كورشينك وفريقه بتقطيع العينة إلى طبقات من مختلف الأعمار ، وفصلوا الحديد كيميائيًا ، وأطلقوا الذرات من خلال مطياف الكتلة. ووجدوا 23 ذرة من الحديد -60 من بين آلاف تريليونات ذرات الحديد العادي ، مع أعلى وفرة من وقت أقل من 3 ملايين سنة ، حسبما أفاد الفريق في رسائل المراجعة الفيزيائية في عام 1999. وقد بدأ عصر الكيمياء الجيولوجية للمستعر الأعظم. . يقول كورشينك: “كنا أول من بدأ دراسات تجريبية”.
يتبع الآخرون. تم العثور على الحديد -60 في قشور المحيطات من أجزاء أخرى من العالم وحتى في الأحافير الدقيقة لرواسب المحيطات ، بقايا الكائنات الحية التي ، مفيدة لصيادي المستعرات الأعظمية ، قد تناولت الحديد وركزت في أجسامهم. أشارت معظم النتائج إلى وجود مستعر أعظم محلي منذ ما بين 2 مليون و 3 ملايين سنة – مع تلميحات عن مستعر ثانٍ قبل بضعة ملايين من السنين.
على الرغم من أن بقايا هذه الانفجارات قد اجتاحت الأرض منذ فترة طويلة ، إلا أن رذاذًا من الذرات التي انفجرت يتواصل. في عام 2019 ، قام فريق كورشينك بإخراج الحديد من نصف طن من الثلج الطازج في القطب الجنوبي عبر ASM وعثر على حفنة من 60 ذرة من الحديد ، والتي يقدر أنها سقطت على الأرض في العشرين عامًا الماضية. وجد فريق آخر تناثرًا صغيرًا للذرات في الأشعة الكونية التي اكتشفها مستكشف التكوين المتقدم التابع لوكالة ناسا في موقع ما بين الشمس والأرض. حتى أن الباحثين وجدوا الحديد -60 في التربة القمرية التي أعادتها بعثات أبولو. يقول عالم الفلك أدريان إرتيل من جامعة إلينوي في أوربانا شامبين “أكد القمر أنه ليس مجرد ظاهرة أرضية”.
يحاول ديتر بريتشفيردت تتبع مصدر الحديد في السماء. عندما علم عالم الفلك في الجامعة التقنية في برلين بنتائج كورشينك ، كان يدرس الفقاعة المحلية ، وهي منطقة من الفضاء حول النظام الشمسي جرفت معظم غازها وغبارها. كانت المستعرات الأعظمية هي المكانس المحتملة ، ولذا بدأ في تتبع مجموعات النجوم في حي النظام الشمسي لمعرفة ما إذا كانت أي منها قد مرت بالقرب من الشمس بدرجة كافية لإيداع الحديد -60 على الأرض عندما انفجر بعض أعضائها.
باستخدام بيانات من هيباركوس ، وهو قمر أوروبي لرسم خرائط النجوم ، بحث بريتشفيردت عن كتل من النجوم على مسارات مشتركة وأعاد عقارب الساعة لمعرفة أين كان يمكن أن يكون قبل ملايين السنين. يبدو أن مجموعتين ، أصبحت الآن جزءًا من Scorpius-Centaurus OB Association (Sco OB2) ، في المكان المثالي – 300 سنة ضوئية من الأرض – منذ حوالي 2.5 مليون سنة. يقول: “بدا الأمر وكأنه معجزة”. كانت احتمالات التفجير في الوقت المناسب جيدة. تحدث المستعرات الأعظمية المنهارة الأساسية في النجوم الضخمة. استنادًا إلى أعمار وكتل 79 نجمًا متبقية في التكتلات ، يقدر بريتشفيردت أن عشرات الأعضاء السابقين انفجروا على شكل مستعر أعظم خلال الـ 13 مليون سنة الماضية.
لقد اختفى الدليل المرئي لهذه المستعرات الأعظمية في Sco OB2 منذ فترة طويلة: تتبدد بقايا المستعرات الأعظمية بعد حوالي 30000 عام ، ويصعب اكتشاف الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية التي خلفتها وراءها. لكن اتجاه وصول الغبار الحديدي يمكن ، من الناحية النظرية ، أن يشير إلى مصدره. لا تقدم العينات المأخوذة من قاع البحر أي معلومات اتجاهية لأن تيارات الرياح والمحيطات تحرك الغبار أثناء استقراره. على سطح القمر ، مع ذلك ، “لا يوجد غلاف جوي ، لذا فأين يضرب هو المكان الذي يتوقف فيه” ، كما يقول براين فيلدز ، عالم الفلك في جامعة UIUC. نظرًا لأنه يدور ، لا يمكن للقمر توفير اتجاه طولي ، ولكن إذا تم اكتشاف المزيد من الحديد -60 في أحد الأقطاب عنه عند خط الاستواء ، على سبيل المثال ، يمكن أن يدعم بريتشفيردت Sco OB2 كمصدر. تريد الحقول والعديد من الزملاء اختبار هذه الفكرة وتقدموا بطلب إلى وكالة ناسا للحصول على عينات من تربة القمر ، ليتم جمعها وإعادتها بواسطة أي مهام روبوتية أو بشرية مستقبلية.
فريق كورشينك لديه الآن منافس في البحث عن مستعر أعظم: مجموعة بقيادة أنطون وولنر ، باحث ما بعد الدكتوراة السابق في جامعة كورشينك ، والذي استخدم ASM مطورًا في الجامعة الوطنية الأسترالية (ANU) لتحليل العديد من قشور المنغنيز الحديدي التي جرفت من قاع المحيط الهادئ من قبل شركة تعدين يابانية. يقول فالنر: “نحن الآن دفعنا ميونيخ”.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *