تشکیل تیتانیوم در انفجار ابرنواختری برای نخستین بار رصد شد - بلاگ پو

این یافته بر اساس مشاهدات تلسکوپ چاندرای ناسا از بقایای ابرنواختر موسوم به ذات الکرسی آ (Cassiopeia A) که با فاصله 11 هزار سال نوری از زمین در کهکشان راه شیری قرار گرفته، صورت گرفته است و می تواند گامی مهم در مشخص دقیق شیوه انفجار بعضی ستارگان غول پیکر باشد. این یکی از جوان ترین بقایای ابرنواختری شناخته شده است که حدود 350 سال سن دارد.

انفجار ابرنواختری

سال هاست دانشمندان می کوشند که جزئیات بیشتری از انفجار ستاره های پرجرم، با جرمی بیش از 10 برابر خورشید را در هنگام خاتمه یافتن سوخت آن ها درک نمایند. اکنون یافته مطالعه اخیر سرنخی تازه و ارزشمند را در این زمینه فراهم می نماید.

توشیکی ساتو (Toshiki Sato) از دانشگاه ریکیو ژاپن که سرپرست این مقاله منتشر شده در نشریه Nature است، گفت: به عقیده دانشمندان بیشتر تیتانیومی که در زندگی روزانه استفاده می شود، مانند وسایل الکترونیکی و جواهرات، در یک انفجار ستاره ای بزرگ فراوری شده اند. اما تا کنون هرگز نتوانسته بودند لحظه ای را درست پس از تشکیل تیتانیوم پایدار ثبت نمایند.

هنگامی که منبع انرژی هسته ای یک ستاره غول پیکر تمام می شود، مرکز آن بر اثر نیروی گرانش به درون فرو می ریزد و یک هسته چگال به نام ستاره نوترونی یا به ندرت یک سیاهچاله تشکیل می شود. با تشکیل ستاره نوترونی ماده در حال فروریزی، به این هسته ستاره ای برخورد می نماید، بازمی شود و فرایند انفجار به داخل، معکوس می شود.

ساخت عناصر سنگین

گرمای ناشی از این رویداد فاجعه بار، موج شوکی ایجاد می نماید که از میان بقایای ستاره ای به بیرون حرکت و با واکنش های هسته ای، عناصر جدیدی فراوری می نماید. با این وجود در بسیاری از مدل های رایانه ای این فرآیند، انرژی به سرعت از بین می رود، حرکت موج شوک به بیرون متوقف می شود و درنتیجه از انفجار ابرنواختری جلوگیری می شود.

شبیه سازی رایانه ای سه بعدی اخیر نشان می دهد که ذرات زیراتمی با جرم بسیار کم یا نوترینوهایی که طی شکل گیری ستاره نوترونی ساخته شده اند، نقشی اساسی در رانش حباب هایی دارند که از ستاره نوترونی دور می شوند. حباب هایی که موج شوک را به جلو پیش می برند و انفجار ابرنواختری را تحریک می نمایند.

با مطالعه جدید بر روی Cas A این تیم شواهد قدرتمندی برای چنین انفجار ناشی از نوترینو کشف کردند. آن ها با استفاده از داده های چاندرا دریافتند که ساختارهای انگشت-مانند که از محل انفجار دور می شوند، دارای تیتانیوم و کروم هستند و بقایای آهن هم دارند که پیش از این توسط چاندرا شناسایی شده بود. شرایط لازم برای ایجاد این عناصر در واکنش های هسته ای، مانند دما و چگالی، با حباب های شبیه سازی شده که انفجارها را به بیرون می راند، مطابقت دارد.

تیتانیومی که توسط چاندرا در ذات الکرسی آ پیدا شد و با این شبیه سازی ها هم پیش بینی می شود، ایزوتوپ پایدار این عنصر است، یعنی تعداد نوترون های اتم های آن بر اثر فعالیت رادیواکتیویته به عنصر متفاوت و سبک تر تغییر نمی نماید.

پیش از این ستاره شناسان از تلسکوپ NuSTAR ناسا برای کشف ایزوتوپ ناپایدار تیتانیوم را در نقاط گوناگون Cas A استفاده نموده بودند. هر 60 سال نیمی از این ایزوتوپ تیتانیوم به اسکاندیم و سپس کلسیم تبدیل می شود.

کیچی میدا (Keiichi Maeda) یکی از نویسندگان مقاله از دانشگاه کیوتو ژاپن گفت: ما قبلا این امضای حباب های تیتانیوم را در بقایای یک انفجار ابرنواختری ندیده بودیم. نتیجه ای که فقط با تصاویر بسیار واضح چاندرا ممکن شد و یک گام مهم در حل مسأله چگونگی انفجار این ستاره ها به عنوان ابرنواختر است.

شیگهیرو ناگاتاکی (Shigehiro Nagataki) از مؤسسه تحقیقات رایکن (RIKEN) ژاپن هم گفت: هنگام وقوع انفجار ابرنواختری، قطعات تیتانیوم در اعماق ستاره غول پیکر فراوری می شوند. این قطعات به سطح ستاره نفوذ می نمایند و لبه بقایایی ابرنواختری Cas A را تشکیل می دهند.

نکته جالب توجه آن است که این نتایج از ایده انفجار مبتنی بر نوترینو برای شرح حداقل بعضی از ابرنواخترها به شدت پشتیبانی می نماید. تاکاشی یوشیدا (Takashi Yoshida) از دانشگاه کیوتو گفت: مطالعه ما می تواند از زمان کشف نوترینوها در انفجار ابرنواختری 1987A، مهم ترین پژوهشی باشد که نقش آن ها را در انفجار ستارگان بزرگ آنالیز نموده است.

ستاره شناسان برای این یافته، از بیش از یک میلیون و نیم ثانیه، یا بیش از 18 روز از زمان مشاهدات چاندرا بین سال های 2000 تا 2018 میلادی استفاده کردند و تحقیقات آن ها نشان می دهد که میزان تیتانیوم پایدار فراوری شده در انفجار ابرنواختری ذات الکرسی آ از کل جرم زمین بیشتر است.

عکس کاور: تصویری از بقایای ابرنواختری ذات الکرسی آ؛ عناصر آهن (نارنجی)، اکسیژن (بنفش)، میزان سیلیکون در مقایسه با منیزیم (سبز)، ایزوتوپ ناپایدار تیتانیوم (آبی روشن) در این تصویر دیده می شوند اما ایزوتوپ پایدار تیتانیوم در این تصویر نمایش داده نشده است.

Credit: NASA/CXC/RIKEN/T. Sato et al.; NuSTAR: NASA/NuSTAR)

منبع: NASA

abanhome.com: گروه ساختمانی آبان: بازسازی ساختمان و تعمیرات جزئی و کلی و طراحی ویلا و فضای سبز و روف گاردن، طراحی الاچیق، فروش درب های ضد سرقت