قد تحتوي الشمس على كمية من الكربون والنيتروجين أكثر مما كان يُعتقد سابقًا


بعد عقدين من النقاش ، يقترب العلماء من معرفة بالضبط ما تتكون منه الشمس – وبالتالي الكون كله.

تتكون الشمس في الغالب من الهيدروجين والهيليوم. هناك أيضًا عناصر أثقل مثل الأكسجين والكربون ، لكن مقدارها مثير للجدل. تشير الملاحظات الجديدة للجسيمات دون الذرية الشبحية المعروفة باسم النيوترينوات إلى ذلك الشمس لديها مخزون وافر من “المعادن” ، ذكر الباحثون في 31 مايو على موقع arXiv.org أن المصطلح الذي يستخدمه علماء الفلك لجميع العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم.

النتائج “متوافقة تمامًا مع [a] معدنية عالية “للشمس ، كما تقول ليفيا لودهوفا ، عالمة الفيزياء في مركز الأبحاث يوليش في ألمانيا.

تعتبر العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم ضرورية لإنشاء كواكب من الحديد الصخري مثل الأرض والحفاظ على أشكال الحياة مثل البشر. إلى حد بعيد ، فإن أكثر هذه العناصر وفرة في الكون هو الأكسجين ، يليه الكربون والنيون والنيتروجين.

لكن علماء الفلك لا يعرفون بالضبط كم من هذه العناصر موجود بالنسبة للهيدروجين ، وهو العنصر الأكثر شيوعًا في الكون. ذلك لأن علماء الفلك يستخدمون الشمس عادة كنقطة مرجعية لقياس وفرة العناصر في النجوم والمجرات الأخرى ، وهناك طريقتان تدلان على تركيبات كيميائية مختلفة جدًا لنجمنا.

تستغل إحدى التقنيات الاهتزازات داخل الشمس لاستنتاج بنيتها الداخلية وتفضل المحتوى المعدني العالي. تحدد التقنية الثانية تكوين الشمس من خلال كيفية امتصاص الذرات الموجودة على سطحها لأطوال موجية معينة من الضوء. قبل عقدين من الزمن ، استخدام هذه التقنية الثانية اقترح أن مستويات الأكسجين والكربون والنيون والنيتروجين في الشمس كانت أقل من 26 إلى 42 في المائة وجدت تحديد سابق، وخلق الصراع الحالي.

ظهرت الآن تقنية أخرى يمكن أن تحدد الجدل الطويل الأمد: استخدام النيوترينوات الشمسية.

تنشأ هذه الجسيمات من التفاعلات النووية في لب الشمس والتي تحول الهيدروجين إلى هيليوم. يأتي حوالي 1 في المائة من طاقة الشمس من التفاعلات التي تتضمن الكربون والنيتروجين والأكسجين ، والتي تحول الهيدروجين إلى هيليوم ولكنها لا تُستهلك في هذه العملية. لذا فكلما زاد الكربون والنيتروجين والأكسجين الموجود في الشمس بالفعل ، زاد عدد النيوترينوات التي يجب أن تنبعث منها دورة CNO.

في عام 2020 ، أعلن العلماء عن رصد بوريكسينو ، وهو جهاز كشف تحت الأرض في إيطاليا هذه النيوترينوات CNO (SN: 6/24/20). الآن ، سجلت لودهوفا وزملاؤها عددًا كافيًا من النيوترينوات لحساب أن ذرات الكربون والنيتروجين معًا تبلغ حوالي 0.06 في المائة مثل وفرة ذرات الهيدروجين في الشمس – وهو أول استخدام للنيوترينوات لتحديد بنية الشمس.

وعلى الرغم من أن هذا الرقم يبدو صغيراً ، إلا أنه أعلى من الرقم الذي يفضله علماء الفلك الذين يدعمون الشمس عالية المعدن. وهو أكبر بنسبة 70 بالمائة من الرقم الذي يجب أن تمتلكه الشمس منخفضة المعدن.

يقول مارك بينسونولت ، عالم الفلك في جامعة ولاية أوهايو في كولومبوس ، والذي دافع منذ فترة طويلة عن الشمس عالية المعدن: “هذه نتيجة رائعة”. “لقد تمكنوا من إثبات بقوة أن الحل الحالي منخفض المعادن غير متوافق مع البيانات.”

ومع ذلك ، بسبب عدم اليقين في كل من أرقام النيوترينو المرصودة والمتوقعة ، لا يستطيع Borexino استبعاد الشمس منخفضة المعدن تمامًا ، كما تقول Ludhova.

يقول جايل بولدجن ، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة جنيف في سويسرا ، الذي يفضل الشمس منخفضة المعدن ، إن العمل الجديد “تحسن كبير”. لكن الأعداد المتوقعة من نيوترينوات CNO تأتي من نماذج الشمس التي ينتقدها باعتبارها مبسطة للغاية. تتجاهل هذه النماذج دوران الشمس ، مما قد يؤدي إلى اختلاط العناصر الكيميائية على مدار حياتها وتغيير كمية الكربون والنيتروجين والأكسجين بالقرب من مركز الشمس ، وبالتالي تغيير العدد المتوقع لنيوترينوات CNO ، كما يقول بولدجن.

تقول لودهوفا إن هناك حاجة إلى ملاحظات إضافية للنيوترينو من أجل الحكم النهائي. تم إغلاق Borexino في عام 2021 ، لكن التجارب المستقبلية يمكن أن تملأ الفراغ.

الرهانات عالية. يقول بينسونولت: “نحن نتجادل حول ما يتكون الكون ، لأن الشمس هي المعيار لجميع دراساتنا.”

لذا ، إذا كانت الشمس تحتوي على كمية من الكربون والنيتروجين والأكسجين أكثر بكثير مما يُعتقد حاليًا ، فإن الكون كله كذلك. “هذا يغير فهمنا لكيفية صنع العناصر الكيميائية. يقول بينسونولت: “إنه يغير فهمنا لكيفية تطور النجوم وكيف تعيش وتموت”. ويضيف ، إنه تذكير بأنه حتى النجم الأكثر دراسة – شمسنا – لا يزال لديه أسرار.



المصدر

ندى عبدالرحمن
مهتمة في العلوم والفضاء خاصةً محبة للتقنية اعمل كاتبة في موقع اراود