ما الذي دفع إلى تكوين الزاوية الصغيرة للكون - شمسنا ونظامنا الكوكبي؟ لعدة عقود ، اعتقد العلماء أن النظام الشمسي تشكل نتيجة لموجة صدمة من نجم متفجر - مستعر أعظم - أدى إلى انهيار سحابة غازية كثيفة متربة ، والتي انكمشت بعد ذلك لتشكيل الشمس والكواكب. لكن النماذج التفصيلية لعملية التكوين هذه نجحت فقط في ظل الافتراض المبسط بأن درجات الحرارة خلال الأحداث العنيفة ظلت ثابتة. هذا ، بالطبع ، غير محتمل. لكن الآن ، أظهر علماء الفيزياء الفلكية في قسم المغناطيسية الأرضية (DTM) التابع لمعهد كارنيجي للمرة الأولى أن المستعر الأعظم كان يمكن أن يؤدي بالفعل إلى تكوين النظام الشمسي في ظل الظروف الأكثر احتمالًا للتدفئة والتبريد السريع. فهل حلت هذه النتائج الجديدة هذا النقاش الطويل الأمد؟
"لدينا أدلة كيميائية من النيازك تشير إلى مستعر أعظم يحفز تشكيل نظامنا الشمسي منذ السبعينيات" ، أشار المؤلف الرئيسي ، كارنيجي آلان بوس. لكن الشيطان كان في التفاصيل. حتى هذه الدراسة ، لم يتمكن العلماء من وضع سيناريو متسق ذاتيًا ، حيث يتم تشغيل الانهيار في نفس الوقت الذي يتم فيه حقن النظائر التي تم إنشاؤها حديثًا من المستعر الأعظم في السحابة المنهارة. "
النظائر المشعة قصيرة العمر - إصدارات العناصر التي لها نفس عدد البروتونات ، ولكن عددًا مختلفًا من النيوترونات - الموجودة في النيازك القديمة جدًا تتحلل على مقاييس زمنية لملايين السنين وتتحول إلى عناصر مختلفة (تسمى ابنة). إن العثور على عناصر الابنة في النيازك البدائية يعني أن النظائر المشعة قصيرة العمر يجب أن تكون قد تم إنشاؤها مليون فقط أو حتى سنوات قبل تكوين النيازك نفسها. وأوضح بوس "أحد هذه النظائر الأم ، الحديد 60 ، يمكن صنعه بكميات كبيرة فقط في الأفران النووية القوية للنجوم الضخمة أو المتطورة". "الحديد -60 يتحلل إلى النيكل 60 ، والنيكل 60 وجد في النيازك البدائية. لذا فقد عرفنا أين ومتى تم عمل النظائر الأم ، ولكن ليس كيف وصلت إلى هنا ".
أظهرت النماذج السابقة من قبل بوس وزميل DTM السابق Prudence Foster أنه يمكن إيداع النظائر في سحابة ما قبل الطاقة الشمسية إذا تباطأت موجة صدمة من انفجار مستعر أعظم إلى 6 إلى 25 ميلًا في الثانية وكانت درجة حرارة ثابتة للموجة والسحابة - 440 درجة فهرنهايت (10 كلفن). قال هاري فانهالا: "لم تنجح هذه النماذج إذا تم تسخين المادة بالضغط وتبريدها بالإشعاع ، وقد ترك هذا اللغز شكوكًا خطيرة في المجتمع حول ما إذا كانت صدمة المستعر الأعظم بدأت هذه الأحداث قبل أكثر من أربعة مليارات سنة أم لا". الذي وجد النتيجة السلبية في رسالة الدكتوراه. عمل أطروحة في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في عام 1997.
باستخدام كود التكييف الهيدروديناميكي لصقل الشبكة التكيفية ، FLASH2.5 ، المصمم للتعامل مع جبهات الصدمات ، بالإضافة إلى قانون التبريد المحسن ، نظر باحثو كارنيجي في العديد من المواقف المختلفة. في جميع النماذج ، ضربت جبهة الصدمة سحابة ما قبل الطاقة الشمسية بكتلة شمسنا ، تتكون من الغبار والماء وأول أكسيد الكربون والهيدروجين الجزيئي ، لتصل إلى درجات حرارة تصل إلى 1340 درجة فهرنهايت (1000 كلفن). في غياب التبريد ، لا يمكن أن تنهار السحابة. ومع ذلك ، مع قانون التبريد الجديد ، وجدوا أنه بعد 100000 سنة ، كانت السحابة قبل الطاقة الشمسية أكثر كثافة 1000 مرة من ذي قبل ، وفقدت الحرارة من جبهة الصدمة بسرعة ، مما أدى إلى طبقة رقيقة فقط مع درجات حرارة قريبة من 1340 درجة فهرنهايت (1000 كلفن). بعد 160،000 سنة ، انهار مركز السحابة ليصبح أكثر كثافة بمليون مرة ، لتشكيل البروتوسون. وجد الباحثون أن النظائر من جبهة الصدمة كانت مختلطة في البروتوسون بطريقة تتوافق مع أصلها في المستعر الأعظم.
قال بوس: "هذه هي المرة الأولى التي يظهر فيها نموذج مفصل لمستعر أعظم يؤدي إلى تكوين نظامنا الشمسي." "لقد بدأنا بانفجار ليتل بانغ بعد 9 مليارات سنة من الانفجار العظيم."
المصدر: معهد كارنيجي للعلوم
