آیا ما از ستاره‌های دور دست که به صورت غبار دیده می‌شوند ساخته شده ایم؟

فرارو- ما اغلب می‌شنویم که بدن مان حاوی عناصری از ستاره هاست، اما چگونه این موضوع را به طور قطع بدانیم؟ "ما غبار ستاره‌ای هستیم، ما طلایی هستیم، ما کربن یک میلیارد ساله هستیم". این بخشی از ترانه یکی از آهنگ‌های "جونی میچل" خواننده و اهنگساز بریتانیایی در سال ۱۹۷۰ میلادی بود.

به گزارش فرارو به نقل از سالون، او در آن ترانه هم چنین اشاره کرده بود که رویایش تبدیل هواپیما‌های بمب افکن به پروانه است. آن ترانه قدیمی ارتباط خود را با امروز حفظ کرده است هم چنین توصیفی غنایی از واقعیت‌های خشک و بی زمان وجود انسان است: ما از عناصر ساخته شده ایم و آن عناصر برای مدتی غیر قابل درک وجود داشته اند. در آن ترانه به رقم یک میلیارد سال اشاره می‌شود، اما شاید در دنیای فراتر از شاعرانگی و در عالم علم میزان تخمین حتی به سال‌های دورتر اشاره داشته باشد.

همان طور که میچل می‌گوید بخش عمده عناصر تشکیل دهنده ما از کربن گرفته تا آهن تحت شرایط فشار و گرمای شدیدی که در هسته ستارگان وجود دارد شکل گرفته اند که همه آن‌ها هنگام مرگ به کیهان پرتاب می‌شوند. آن گونه که محققان ناسا می‌گویند "از کربن موجود در DNA ما گرفته تا کلسیم در استخوان‌های مان تقریبا تمام عناصر بدن ما در قلب‌های آتشین و مرگ ستارگان ساخته شده اند". آن‌ها عمر بسیار طولانی تری از ما داشته اند.

تخمین زده می‌شود که عناصر نوری حدود ۱۴ میلیارد سال پیش در واقع در چند دقیقه اول پس از انفجار بزرگ شروع به شکل گیری کردند اگرچه برخی دیگر تا چند صد هزار سال بعد زمانی که جهان به اندازه کافی سرد شد تا الکترون‌ها در مدار دور هسته اتم بمانند به وجود نیامدند. تنها عناصری که پیش از آن وجود داشتند بسیار ساده‌تر بودند: هیدروژن، هلیوم و کمی لیتیوم بله، موادی که همچنین برای بهبود وضعیت مبتلایان به اختلال دوقطبی تجویز می‌شوند اگرچه احتمالا برای شاد کردن شما در وسعت تاریک و تنهای جهان اولیه کافی نیست.

در بررسی بیش از ۱۵۰۰۰۰ ستاره در سال ۲۰۱۷ توزیع عناصر حیاتی کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر و گوگرد فهرست بندی شده بود. "جنیفر جانسون" رهبر تیم مطالعه و ستاره شناس رصدی مستقر در ایالت اوهایو می‌گوید:"ما اکنون می‌توانیم فراوانی همه عناصر اصلی موجود در بدن انسان را در صد‌ها هزار ستاره در کهکشان راه شیری ترسیم کنیم".

دکتر "آن نگوین" از ناسا می‌گوید:"دانه‌های غبار ستاره‌ای پیش خورشیدی غباری هستند که از جریان‌های گازی ستاره‌هایی که میلیارد‌ها سال قبل از شکل گیری منظومه شمسی ما مرده اند متراکم شده اند. آن‌ها دارای ترکیبات ایزوتوپی هستند که بسیار متفاوت از ترکیبات ایزوتوپی هر ماده‌ای است که در منظومه شمسی ما تشکیل شده اند".

نسبت‌های ایزوتوپی غیرمعمول یا نسبت‌های نسخه‌های خاصی از عناصر یافت شده، به محققان این امکان را می‌دهد تا تعیین کنند که آن‌ها از فاصله‌ای بسیار دور آمده اند و هم چنین بتوانند نحوه تشکیل آن‌ها را درک کنند. نگوین و همکاران اش نمونه‌های ریوگو را برای کربن، نیتروژن، اکسیژن و سیلیکون نقشه برداری کردند که همه بخش‌های ضروری امروزی ما هستند البته در حالی که این عناصر برای زمینی‌هایی مانند ما آشنا هستند نسبت ایزوتوپی به ما می‌گوید که این موارد خاص از جای دیگری آمده است.

این بدان خطر است که نسبت‌های ایزوتوپی آن‌ها ناشی از واکنش‌های هسته‌ای است که در اعماق ستارگان مادر رخ داده است. نگوین توضیح داد که برخی از این دانه‌ها در منظومه شمسی ما گنجانده شدند و از پردازش روی سیارک یا میزبان دنباله دار جان سالم به در بردند. از آنجایی که قطر دانه‌های پیش‌خورشیدی به طور متوسط یک چهارم میکرومتر است این چیزی نیست که بتوان آن را در تلسکوپ یا سایر تحلیل‌های دوربرد مشاهده کرد. در عوض، محققان از تجهیزات تخصصی با قابلیت اندازه گیری در مقیاس نانومتر تا سطح اتمی برای مشاهده آن استفاده می‌کنند.

نگوین می‌افزاید: "ستاره‌های توده‌های مختلف سرنوشت‌های متفاوتی دارند. ستارگان با جرم کم تا متوسط (کمتر از ۸ جرم خورشیدی) به فاز AGB تکامل می‌یابند در حالی که ستارگان پرجرم‌تر برای تبدیل شدن به ابرنواختر* تکامل می‌یابند. ستارگان پرجرم‌تر به دما و فشار بالاتری در درون خود می‌رسند که امکان وقوع واکنش‌های مختلف هسته‌ای را فراهم می‌کند".

مرحله AGB که نگوین ذکر کرد به اصطلاح شاخه مجانبی غول ستاره اشاره دارد. این ناحیه با حضور ستارگان به تکامل رسیده درخشان بسیار نورانی شده است. این مرحله پایانی از چرخه تکامل ستاره‌ای است که در اواخر زندگی همه ستاره‌های با جرم کم تا متوسط (از ۰٫۶ تا ۱۰ جرم خورشیدی) هنگامی که ستاره همه هیدروژن موجود در هسته خود را مصرف کرد رخ می‌دهد. در آن مرحله زندگی ستارگان نسبتا کم حجم تبدیل به گلوله‌های خنک و درخشانی از همجوشی هلیوم گهگاهی با انفجار در اطراف هسته کربن و اکسیژن می‌شوند و سپس متورم شده و تبدیل به یک غول سرخ می‌شوند و بر اثر باد‌های ستاره‌ای جرم خود را از دست می‌دهد و ممکن است به سحابی‌های پیش سیاره‌ای بسیار زیبا ختم شود توصیفی الزاما ناقص از یک فرآیند پیچیده و گاه متنوع که در حدود صد هزار سال به طول می‌انجامد.

تیم بررسی کننده پژوهش ذکر شده کربن، نیتروژن و اکسیژن را به طور خاص هدف قرار دادند، زیرا ترکیب ایزوتوپی آن‌ها نشانه‌های روشنی از نوع ستاره‌ای را ارائه می‌دهد: برای مثال، ابرنواختر، نواختر یا ستاره AGB و ترکیب شیمیایی یک دانه پیش از خورشید راز‌هایی را در مورد شیمی ستاره‌ای که از آن آمده است می‌گوید.

نگوین می‌گوید:"برای مثال، اکسید‌ها و سیلیکات‌های پیش خورشیدی از ستارگان غنی از اکسیژن و SiC پیش خورشیدی (ترکیبی از سیلیکون و کربن) و گرافیت (شکلی از کربن) از ستارگان غنی از کربن به دست می‌آیند".

در اینجا این پرسش پیش می‌آید که این چیز‌ها چگونه خیلی وقت پیش به ما راه پیدا کردند؟ نگوین می‌گوید:"ما می‌دانیم که از غبار ستاره‌ای ساخته شده ایم، زیرا نمونه‌های دقیقی از دانه‌ها در نمونه‌های سیارک‌ها و دنباله دار‌ها شناسایی شده اند". او می‌افزاید:"ماده آلی‌ای که من مطالعه می‌کنم از طریق فرآیند‌های غیر زیستی تشکیل شده متفاوت از مواد آلی پری بیوتیک می‌باشد، اما ممکن است اجسامی مانند ریوگو یا دنباله دار‌ها مواد لازم برای زندگی روی زمین را تحویل داده باشند. اگر چنین بود دانه‌های پیش خورشیدی و مواد آلی نیز تحویل داده می‌شدند".

دانشمندان به تازگی در حال بررسی خاک سیارک بنو ۱۰۱۹۵۵ یک سیارک مملو از کربن و نزدیک به زمین هستند. نگوین اکنون در تجزیه و تحلیل نمونه گرفته شده از بنو از ماموریت ناسا حضور دارد. ماموریت ناسا با هدف رساندن نمونه به دست پژوهشگران به پایان رسید. نتایج ارزیابی‌های اولیه از وجود موارد عناصر وسوسه انگیزی، چون آب و فسفات به میزان زیاد درون آن خبر می‌دهند. شاید به زودی درباره منشاء همه آن چه در اطراف مان وجود دارند بیش‌تر بدانیم.

در این میان، ما که حس ترس داریم می‌توانیم از دانستن گرد و غبار زمینی خود خرسند باشیم و بدانیم که بدن مان که روزی به گردو غبار باز می‌گردد در واقع از از انبوه پر زرق و برق فضا و شدت غیر قابل درک ستارگان در غم مرگ نشئت گرفته است.

*ابرنواختر یا Supernova یک انفجار عظیم و درخشان ستاره‌ای است. این انفجار زمانی رخ می‌دهد که یک ستاره پرجرم در حال مرگ شروع به خاموش شدن می‌کند. آن گاه به طور ناگهانی منفجر شده و مقدار بسیار زیادی نور تولید می‌کند. انهدام انفجاری ستاره به آن چه ابرنواختر نامیده می‌شود می‌انجامد (که بسیار نورانی‌تر از نواختر است) و باقیمانده ستاره را به صورت یک تپ اختر (پالسار) یا ستاره نوترونی یا شاید سیاهچاله برجای می‌گذارند.