מדוע יש כל כך הרבה זהב ביקום הידוע?
יש יותר מדי זהב ביקום, או לפחות באזור שבו אנו חיים. אולי זו לא בעיה, כי אנחנו מעריכים זהב מאוד. העניין הוא שאף אחד לא יודע מאיפה זה בא. וזה מסקרן מדענים.
מכיוון שהאדמה הייתה מותכת בזמן היווצרותה, כמעט כל הזהב על הפלנטה שלנו באותה תקופה כנראה צלל לתוך ליבת הפלנטה. לכן, ההנחה היא שרוב הזהב שנמצא ב קרום אדמה והמעטפת הובאה לכדור הארץ מאוחר יותר על ידי פגיעות אסטרואידים במהלך ההפצצה הכבדה המאוחרת, לפני כ-4 מיליארד שנים.
דוגמה מרבצי זהב באגן Witwatersrand בדרום אפריקה, המשאב העשיר ביותר הידוע זהב עלי אדמות, תכונה. עם זאת, תרחיש זה מוטל כעת בספק. סלעים נושאי זהב של ה-Witwatersrand (1) נערמו בין 700 ל-950 מיליון שנים לפני ההשפעה המטאוריט של ורדפור. בכל מקרה, כנראה שזו הייתה השפעה חיצונית נוספת. גם אם נניח שהזהב שאנו מוצאים בקונכיות מגיע מבפנים, כנראה שהוא הגיע גם מאיפשהו מבפנים.
1. סלעים נושאי זהב של אגן Witwatersrand בדרום אפריקה.
אז מאיפה כל הזהב שלנו ולא שלנו במקור? יש עוד כמה תיאוריות על פיצוצי סופרנובה כל כך חזקים עד שכוכבים מתהפכים. למרבה הצער, גם תופעות מוזרות כאלה אינן מסבירות את הבעיה.
מה שאומר שאי אפשר לעשות זאת, למרות שהאלכימאים ניסו לפני שנים רבות. לקבל מתכת מבריקהשבעים ותשעה פרוטונים ו-90 עד 126 נויטרונים חייבים להיות קשורים זה לזה כדי ליצור גרעין אטום אחיד. זה . מיזוג כזה לא מתרחש מספיק פעמים, או לפחות לא בשכונה הקוסמית הקרובה שלנו, כדי להסביר אותו. עושר עצום של זהבשאנו מוצאים על פני כדור הארץ ובתוכו. מחקר חדש הראה שהתיאוריות הנפוצות ביותר על מקור הזהב, כלומר. גם התנגשויות של כוכבי נויטרונים (2) אינן מספקות תשובה ממצה לשאלת תוכנו.
זהב ייפול לתוך החור השחור
עכשיו זה ידוע האלמנטים הכבדים ביותר נוצר כאשר גרעיני האטומים בכוכבים לוכדים מולקולות הנקראות נויטרונים. עבור רוב הכוכבים הוותיקים, כולל אלה שנמצאו ב גלקסיות ננסיות ממחקר זה, התהליך מהיר ולכן נקרא "תהליך r", כאשר "ר" מייצג "מהיר". ישנם שני מקומות ייעודיים שבהם התהליך מתרחש באופן תיאורטי. המוקד הפוטנציאלי הראשון הוא פיצוץ סופרנובה שיוצר שדות מגנטיים גדולים - סופרנובה מגנוטונית. השני הוא הצטרפות או התנגשות שני כוכבי נויטרונים.
צפה בהפקה יסודות כבדים בגלקסיות באופן כללי, מדענים במכון הטכנולוגי של קליפורניה בשנים האחרונות חקרו כמה הגלקסיות הננסיות הקרובות ביותר מ טלסקופ קקה ממוקם במאונה קיה, הוואי. הם רצו לראות מתי וכיצד נוצרו היסודות הכבדים ביותר בגלקסיות. תוצאות המחקרים הללו מספקות ראיות חדשות לתזה לפיה המקורות הדומיננטיים לתהליכים בגלקסיות ננסיות מתעוררים בסקאלות זמן ארוכים יחסית. המשמעות היא שאלמנטים כבדים נוצרו מאוחר יותר בהיסטוריה של היקום. מכיוון שסופרנובות מגנטות-סיבוביות נחשבות לתופעה של היקום הקדום, הפיגור בייצור של יסודות כבדים מצביע על התנגשויות כוכבי נויטרונים כמקורם העיקרי.
סימנים ספקטרוסקופיים של יסודות כבדים, כולל זהב, נצפו באוגוסט 2017 על ידי מצפה כוכבים אלקטרומגנטי באירוע מיזוג כוכבי נויטרונים GW170817 לאחר שהאירוע אושר כמיזוג כוכבי נויטרונים. מודלים אסטרופיזיקליים נוכחיים מצביעים על כך שאירוע מיזוג כוכב נויטרונים בודד יוצר בין 3 ל-13 מסות של זהב. יותר מכל הזהב עלי אדמות.
התנגשויות כוכבי ניוטרונים יוצרות זהב, מכיוון שהם משלבים פרוטונים ונייטרונים לגרעיני אטום, ואז מוציאים את הגרעינים הכבדים שנוצרו לתוך מֶרחָב. תהליכים דומים, שבנוסף יספקו את הכמות הנדרשת של זהב, עלולים להתרחש במהלך פיצוצי סופרנובה. "אבל כוכבים מסיביים מספיק כדי לייצר זהב בהתפרצות כזו הופכים לחורים שחורים", אמר ל- LiveScience צ'יאקי קובאיאשי (3), אסטרופיזיקאי מאוניברסיטת הרטפורדשייר בבריטניה ומחבר ראשי של המחקר האחרון בנושא. אז, בסופרנובה רגילה, זהב, גם אם הוא נוצר, נשאב לתוך החור השחור.
3. צ'יאקי קובאיאשי מאוניברסיטת הרטפורדשייר
מה עם הסופרנובות המוזרות האלה? סוג זה של פיצוץ כוכבים, מה שנקרא סופרנובה מגנטות סיבובית, סופרנובה נדירה מאוד. כוכב גוסס הוא מסתובב כל כך מהר בו ומוקף בו שדה מגנטי חזקשהוא התהפך מעצמו כשהתפוצץ. כאשר הוא מת, הכוכב משחרר סילוני חומר לבנים לוהטים לחלל. מכיוון שהכוכב הופך מבפנים החוצה, הסילונים שלו מלאים בליבות זהובות. גם עכשיו, הכוכבים המרכיבים את הזהב הם תופעה נדירה. נדירים עוד יותר כוכבים יוצרים זהב ומשגרים אותו לחלל.
עם זאת, לדברי החוקרים, אפילו ההתנגשות של כוכבי נויטרונים וסופרנובות מגנטות-סיבוביות אינה מסבירה מהיכן הגיע שפע כזה של זהב על הפלנטה שלנו. "מיזוגים של כוכבי ניוטרון אינם מספיקים", הוא אומר. קובאיאשי. "ולמרבה הצער, אפילו עם תוספת של מקור זהב פוטנציאלי שני זה, החישוב הזה שגוי."
קשה לקבוע באיזו תדירות בדיוק כוכבי נויטרונים זעירים, שהם שרידים צפופים מאוד של סופרנובות עתיקות, מתנגשות זו בזו. אבל זה כנראה לא נפוץ במיוחד. מדענים הבחינו בכך רק פעם אחת. ההערכות מראות שהם אינם מתנגשים לעתים קרובות מספיק כדי לייצר את הזהב שנמצא. אלו המסקנות של הגברת קובאיאשי ועמיתיו, שפרסמו בספטמבר 2020 ב-The Astrophysical Journal. אלו אינם הממצאים הראשונים מסוג זה של מדענים, אך הצוות שלו אסף כמות שיא של נתוני מחקר.
באופן מעניין, המחברים מסבירים בפירוט מסוים כמות היסודות הקלים יותר שנמצאו ביקום, כגון פחמן 12C, וגם כבד מזהב, כמו אורניום 238U. במודלים שלהם, ניתן להסביר את הכמויות של יסוד כמו סטרונציום על ידי התנגשות של כוכבי נויטרונים, ואירופיום על ידי פעילות סופרנובות מגנטות. אלו היו היסודות שמדענים התקשו בעבר להסביר את הפרופורציות של התרחשותם בחלל, אבל הזהב, או ליתר דיוק, הכמות שלו, עדיין בגדר תעלומה.
