كيف شكّل انفجار النجوم الكالسيوم في أسناننا وعظامنا؟

بالاطلاع على نصف نسبة الكالسيوم في الكون -وما تحتويه عظامنا وأسناننا- ومن المتوقع أنها أتت من انفجار نجوم المستعر الأعظم، وقد تمكن الباحثون الآن من الحصول على نظرة ثاقبة غير مسبوقة حول كيفية وصول هذه المستعرات العظمى النادرة والغنية بالكالسيوم إلى نهاية حياتها.

أُجريت تلك النظرة المتفحصة التي لم يسبق لها مثيل، التي توضح أن الانفجارات النجمية تفرز الكثير من الكالسيوم باستخدام الأشعة السينية في الفضاء وكذلك التصوير بالأشعة تحت الحمراء، وذلك قد يُثري عددًا قليلًا من الفجوات في معرفتنا العلمية حول هذه العملية.

تشير الدراسة الناتجة عن جمع مساهمات 67 مؤلفًا من 15 دولة إلى أن المستعرات العظمى الغنية بالكالسيوم تبدأ كنجوم مضغوطة تفقد كتلتها بسرعة في نهاية حياتها، مما ينتج عنه طبقة خارجية من الغاز تفجّر المواد ثم تصطدم بها.

يقول عالم الفيزياء الفلكية وين جاكوبسون-جالان من جامعة نورث وسترن: «هذه الأحداث قليلة العدد لدرجة أننا لم نعرف أبدًا ما الذي أنتج مستعرات أعظم غنية بالكالسيوم. ومن خلال مراقبة ما فعله هذا النجم في شهره الأخير قبل أن يصل إلى نهايته الحرجة والصاخبة، ألقينا نظرة على مكان لم يُكتشف سابقًا، وفتحنا آفاقا جديدة للدراسة ضمن العلوم العابرة».

دار التساؤل حول المستعر الأعظم SN 2019ehk الذي اكتشفه لأول مرة العالم الفلكي الهاوي جويل شيبرد في مجرة Messier 100 الحلزونية، على بُعد 55 سنة ضوئية من الأرض. فور ذلك الاكتشاف تتبعته معظم التليسكوبات الأرضية العُظمى، إذ تكون السرعة مطلوبة مع تلك الأحداث الانتقالية.

ما لم يتوقعه علماء الفلك هو لمعان ضوء الأشعة السينية الذي أطلقه SN 2019ehk. سرعان ما أدرك العلماء أنهم كانوا ينظرون إلى طوفان من الأشعة السينية عالية الطاقة المتدفقة من النجم وتضرب الغلاف الخارجي للغاز، مما يوفر أدلة رئيسية على المواد التي تم التخلص منها، وكمية المواد الموجودة هناك.

ساعدت القراءات المنبعثة من النجم الهالك على اكتشاف ما يحدث؛ إذ تنتج التفاعلات بين المواد المطرودة وحلقة الغاز الخارجية درجات حرارة مرتفعة، وضغوطًا عالية، مما أدى إلى تفاعل نووي منتجًا الكالسيوم، إذ يحاول النجم التخلص من حرارته وطاقته في أسرع وقت ممكن.

يقول العالم الفلكي ريجيز كارتيير من المختبر الوطني لبحوث الفلك البصري تحت الحمراء (NOIRLab) في الولايات المتحدة: «تنتج معظم النجوم الضخمة كميةً ضئيلة من الكالسيوم في أثناء مدة حياتها. وفي النهاية، فإن ذلك الكالسيوم يساهم في تكوين أنظمة الكواكب، وكذلك أجسامنا وذلك في حالة أرضنا».

وذلك لأن تلك النجوم مهمة للغاية في إنتاج الكالسيوم، مما جعل العلماء حريصين على اكتشافها، ولكن هناك شيئًا جعل الأمر صعبًا (حتى تليسكوب هابل فقدَ تتبع SN 2019ehk).

وأُثبت في مركز الدراسة الحديثة أن الانفجار هو المسؤول عن معظم نسبة الكالسيوم المنبعث في أي وقت مضى، وذلك يُعد حدثًا فريدًا في الفيزياء الفلكية.

فتحت القدرة على مشاهدة التفاعلات الداخلية لتلك المستعرات العظمى مناطق جديدة للبحث وكذلك أعطتنا فكرة جيدة عن مصدر الكالسيوم في عظامنا وأسناننا وكذلك بقية الكالسيوم الموجود في أي مكان في الكون.

ويعد ذلك أيضًا مثالًا رائعًا على عمل المجتمع العلمي الدولي معًا لالتقاط وتسجيل شيئٍ ذو أهمية كبيرة. بعد 10 ساعات فقط من رصد جويل شيبرد للانفجار الأولي الساطع في السماء، كانت بعض أفضل التلسكوبات التي لدينا جاهزة لتسجيل ما حدث بعد ذلك.

تقول عالمة الفيزياء الفلكية رافايلا مارغوتي من جامعة نورث وستيرن: «قبل ذلك الحدث، كانت لدينا معلومات غير مباشرة عما إذا كانت المستعرات العظمى غنية بالكالسيوم أم لا»، «الآن، يمكننا استبعاد عدة احتمالات».

نُشر البحث في The Astrophysical Journal.