الملخص:
عندما يصل نجم ضخم إلى نهاية حياته، فإنه غالبًا ما يقذف كمية كبيرة من المواد إلى الفضاء على شكل انفجار سوبر نوفا. هذه المادة، التي تكونت نتيجة موت نجم، قد تنتقل مئات السنين الضوئية للوصول إلى الأجسام القريبة بما في ذلك الأرض والقمر. الآن، تقترح دراسة جديدة أجراها باحثون في جامعة هاواي في مانوا أن التربة القمرية الموجودة على سطح القمر قد تحتفظ بسجل لانفجارات المستعرات الأعظم التي تمتد من 80 مليون إلى 100 مليون سنة، أو حتى لفترة أطول. وقد أنشأ الباحثون مجموعة من النماذج الرياضية لإعادة تفسير هذه الفترة من التاريخ الكوني من التربة القمرية التي تم تحريكها باستمرار.
أكملت هذه الدراسة إيميلي كوستيلو، الباحثة في معهد الجيوفيزياء وعلم الكواكب بجامعة هاواي، ومعاونوها. تم نشر الورقة ذات الصلة في "رسائل المراجعة البدنية". جوهر البحث ليس مجرد البحث عن "غبار النجوم" في التربة القمرية، بل حل مشكلة أكثر تعقيدا: بعد وصول هذه المواد من انفجار النجوم البعيدة إلى القمر، فإنها لا تبقى حيث سقطت في الأصل إلى الأبد. وبدلاً من ذلك، فإنها تتأثر بشكل مستمر بالنيازك والكويكبات على مدى عشرات الملايين من السنين، ويتم حفرها ودفنها وضغطها وخلطها مرة أخرى. ولذلك يحتاج الباحثون إلى بناء نماذج يمكنها استعادة هذه "الفوضى" التي طال أمدها إلى سجل زمني قابل للقراءة.
بالمقارنة مع الأرض، يتمتع القمر بميزة خاصة جدًا. يمكن للرواسب البحرية على الأرض أيضًا أن تحافظ على المواد المشعة من الفضاء بين النجوم، ولكن نظرًا لتأثير الترسيب البحري والأنشطة الجيولوجية والعمليات البيئية الأخرى، فإن السجلات ذات الصلة التي يمكن إرجاعها إلى الوراء لا تتجاوز حوالي 10 ملايين سنة. لا يوجد للقمر غلاف جوي، ومحيطات سائلة، وتكتونية صفائح نشطة. وعلى الرغم من أن المواد الموجودة على السطح تتأثر باستمرار بالنيازك، إلا أنها لا تتعرض للتآكل والدورات الجيولوجية المشابهة لتلك الموجودة على الأرض. لذا فإن الثرى القمري يمكن أن يعمل في الواقع كأرشيف كوني طويل الأمد، حيث يحافظ على المواد من انفجارات النجوم البعيدة لعشرات الملايين من السنين.
وركز الباحثون بشكل خاص على عملية تعرف باسم "الحراثة الصدمية". لقد تعرض سطح القمر منذ فترة طويلة للقصف من قبل قاذفات ذات أحجام مختلفة، تتراوح من جزيئات الغبار الصغيرة إلى الكويكبات الكبيرة. قد يؤدي كل تأثير إلى حفر التربة القمرية السطحية وقلب المواد الأعمق إلى الأعلى. بعد ملايين أو حتى عشرات الملايين من السنين من العمل المتكرر، أصبح الهيكل الطبقي الواضح نسبيًا في الأصل فوضويًا تدريجيًا. لذلك، إذا قام العلماء بحفر نواة التربة القمرية على القمر اليوم، حتى لو عثروا على بعض النظائر المشعة من المستعر الأعظم، فلا يمكنهم ببساطة افتراض أن عمقها يتوافق مع وقت وصولها إلى القمر.
أنشأ فريق كوستيلو نموذجًا عشوائيًا موحدًا لوصف عملية نقل المواد في التربة القمرية كمنافسة طويلة الأمد بين الدفن والحفر. فمن ناحية، تستمر التربة القمرية الجديدة في تغطية ودفن المواد المودعة سابقًا؛ ومن ناحية أخرى، فإن تأثيرات النيزك ستعمل على إعادة حفر المواد الموجودة تحت الأرض وخلطها مع التربة القمرية في أعماق أخرى. يأخذ النموذج أيضًا في الاعتبار عوامل مثل ضغط الارتطام، والحفر، ونقل المواد، والتجوية الفضائية، والتحلل الإشعاعي، ويضيف أيضًا الحالة التي تنقل فيها المستعرات الأعظمية الغبار بين النجوم إلى محيط النظام الشمسي على شكل نبضات.
قدمت الدراسات السابقة من رواسب أعماق البحار للأرض والعينات القمرية لبرنامج أبولو أدلة مهمة على أن انفجارات المستعرات الأعظم على بعد مئات السنين الضوئية كانت قد أوصلت النظائر المشعة إلى الأرض والقمر. اكتشف العلماء أن هناك حدثين واضحين نسبيًا لترسب مواد المستعر الأعظم قبل حوالي 2.3 مليون سنة و7.3 مليون سنة مضت. بعد وصولها إلى القمر، تأثرت إشارات النظائر التي خلفتها هذه الأحداث تدريجيًا بالتأثير الحراثي وتم إعادة توزيعها إلى أعماق مختلفة.
اختبر الباحثون النموذج أولاً باستخدام نوى التربة القمرية التي جمعتها بعثات أبولو. وتظهر النتائج أن النموذج يمكن أن يعيد إنتاج التوزيع الفعلي للنظائر المشعة مثل الحديد 60 في التربة القمرية بدقة نسبية حيث يتغير مع العمق. لقد تم في السابق تحديد أعمار النظائر ذات الصلة بشكل مستقل من خلال مسارات الأشعة الكونية ومعايير النويدات المشعة الأخرى، مما يوفر أساسًا مهمًا للتحقق من صحة النموذج.
بعد التحقق من النموذج، قام الباحثون أيضًا بإدخال الجدول الزمني المحدد لأحداث المستعرات الأعظم على الأرض في النموذج لمحاكاة توزيع عمق هذه المواد من الانفجارات النجمية بعد ملايين السنين من التأثير والحرث في التربة القمرية. ثم قام فريق البحث بتوسيع النموذج ليشمل المزيد من العناصر الثقيلة ذات القيمة البحثية المحتملة، بما في ذلك البلوتونيوم 244 واليود 129 والهافنيوم 182 والكوريوم 247 وما إلى ذلك، للتنبؤ بنوع الإشارات الكيميائية الكونية التي قد يجدها العلماء بعد الحصول على عينات أعمق في القمر في المستقبل.
من بينها، اجتذب البلوتونيوم 244 اهتمامًا خاصًا بسبب نصف عمره الطويل، والذي قد يساعد العلماء نظريًا على تتبع الانفجارات النجمية البعيدة. قد تشكل مدخلات المادة بين النجوم من مصادر مختلفة ومقاييس زمنية مختلفة منحنيات تركيز مختلفة في التربة القمرية. إذا أمكن الحصول على نوى التربة القمرية العميقة بما فيه الكفاية والمحفوظة جيدًا، فقد تتاح للعلماء الفرصة للتمييز بين انفجار مستعر أعظم قصير ومركّز ومدخل طويل الأمد ومستدام من المواد بين النجوم.
وهذا يعني أيضًا أن القمر قد لا يحافظ فقط على التاريخ الجيولوجي القمري الذي يعرفه البشر، بل يحتفظ أيضًا بسجلات الأنشطة النجمية التي شهدتها منطقة النظام الشمسي في عشرات الملايين أو حتى مئات الملايين من السنين الماضية. بمعنى آخر، ربما جاءت بعض الذرات الموجودة في التربة القمرية من نجوم مفقودة منذ فترة طويلة، وحدثت انفجارات هذه النجوم قبل ظهور البشر أو حتى ظهور الكثير من الحياة الحديثة على الأرض.
يعتقد الباحثون أن مهمات استكشاف القمر المستقبلية ستكون المفتاح لمزيد من التحقق من هذه الفكرة. وتخطط أرتميس لإرسال رواد فضاء إلى القمر مرة أخرى في المستقبل، ومن المتوقع أن تجمع عينات من التربة القمرية أعمق وأكثر منهجية مما كانت عليه في عصر أبولو. إذا تمكنت هذه المهمات من الحصول على نوى ذات عمق كافٍ، فيمكن للباحثين استخدام نموذج "الحراثة التصادمية" الذي أثبت فعاليته لفك تشفير توزيع النظائر المعطل في التربة القمرية، وبالتالي استعادة تاريخ أطول من نشاط المستعرات الأعظم.
وقال كوستيلو إن العينات الجديدة التي تم الحصول عليها من القمر في المستقبل، إذا ما تم دمجها مع هذا النموذج، قد تكشف عن تاريخ المستعرات الأعظم في الكون بالقرب من البشر والذي لم يتم تسجيله من قبل. بالنسبة للعلماء، ما هو ذو قيمة حقًا ليس مجرد اكتشاف عنصر معين من النجم، ولكن استخدام قوانين العمق والتركيز والتحلل الإشعاعي لهذه العناصر لتحديد وقت وصولها إلى القمر، ونوع الأحداث النجمية التي جاءت منها، ونوع البيئة المجرية التي شهدها النظام الشمسي في الماضي الطويل.
تسبب هذا البحث أيضًا في حدوث تغيير فريد في قيمة القمر. يتم إعادة تشكيل الصخور الموجودة على الأرض باستمرار عن طريق التجوية والترسيب والذوبان وحركات الصفائح. على الرغم من أن رواسب المحيطات يمكن أن تحافظ على بعض المواد الموجودة بين النجوم، إلا أنه من الصعب توفير سجل مستمر لأكثر من عشرات الملايين من السنين. قد يكون سطح القمر، الذي يبدو أنه يتعرض باستمرار للنيازك وهو فوضوي، مجرد أرشيف طبيعي "مضطرب". وطالما أتقن العلماء القوانين الفيزيائية الصحيحة، سيكون من الممكن استعادة معلومات الوقت من هذه الفوضى.
إذا نجحت عملية أخذ العينات القمرية العميقة في المستقبل، فقد يتمكن البشر من استخدام نواة التربة القمرية لتتبع الآثار التي خلفتها انفجارات المستعرات الأعظم القديمة ومواصلة دراسة التغيرات في البيئة النجمية التي شهدها النظام الشمسي أثناء عمله الطويل في درب التبانة. بالنسبة للقمر، فإن هذه المواد التي تُركت عندما ماتت النجوم البعيدة ربما كانت نائمة هناك منذ مئات الملايين من السنين، وقد بدأ البشر للتو في إتقان طريقة قراءة هذا الأرشيف الكوني.
التعليقات