המקור של פלואור הוא בגלקסיות צעירות ביקום המוקדם

בדומה לכל היסודות הקיימים בכדור הארץ, גם לפלואור יש מקור קוסמי. כעת, מאמר שפורסם זה מכבר בכתב העת המדעי Nature Astronomy, שופך קצת אור על כך

ג’יימס גיץ” פרופסור לאסטרופיזיקה ועמית מחקר באגודה המלכותית, אוניברסיטת הרטפורדשייר

[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]

אם תביטו במרכיבים המופיעים על גבי השפופרת של משחת שיניים אתם כנראה תתקלו במשפט כמו: “מכיל נתרן פלואוריד”. פלואוריד, כפי שידוע לכולנו, הוא חומר חשוב לבריאות השיניים שלנו. החומר מחזק את זגוגית השיניים, אותה שכבת הגנה קשיחה הנמצאת מסביב לשן, ובכך הוא מסייע במניעת ‘חורים בשיניים’.  

בבסיסו של דבר, כל היסודות בטבע נוצרו לפני זמן רב בהיסטוריה של היקום. מימן הוא היסוד העתיק ביותר; הוא נוצר מיד לאחר ה’מפץ הגדול’, לפני כ-13.7 מיליארדי שנים. בתוך דקות לאחר רגע זה, נוצרו גם היסודות קלי המשקל הליום, דויטריום וליתיום בתהליך הקרוי בשם ‘סִנְתּוּז גַּרְעִינִי שלאחר המפץ הגדול’ (big bang nucleosynthesis). מאז, כמעט כל אחד מהיסודות האחרים נוצרו בתהליכים הכרוכים בלידתם ומותם של כוכבים. אולם, כוכבים אלו לא תמיד היו כאן בסביבה. החוקרים עדיין לא יודעים מתי בדיוק נוצרו הכוכבים הראשונים ביקום, אולם זה כנראה לא התרחש במהלך מאה מיליוני השנים שמיד לאחר המפץ הגדול. לפני כן, היקום היה גדוש בדוק של מימן, ביחד עם החומר המסתורי והבלתי הנראה שאסטרונומים מכנים בשם ‘חומר אפל’. דוק זה לא היה ממש אחיד, אלא מחוספס – ומעט יותר כבד במקומות שונים. היו אלה אותם האזורים שהתחילו להתכווץ, או “קרסו”, בשל כוח הכבידה, תוך יצירת גלקסיות חדשות. במקומות שבהם הגז לא היה דחוס דיו, התחילו להיווצר כוכבים תוך הארת היקום. 

מיליארדי השנים שלאחר מכן היו תקופה של גדילה מהירה: קצב היווצרות הכוכבים ביקום גאה באופן חד עד שהגיע לשיא, לפני עשרה מיליארדי שנים. מאז, הקצב הכולל של היווצרות כוכבים ביקום הלך ופחת. לכן, האסטרונומים כה מעוניינים בהבנת השלבים הראשונים של היווצרות היקום: מה שהתרחש אז עיצב את מה שאנו רואים היום. הגם שיש לנו די הרבה מידע באשר לאופן התפתחותן של גלקסיות מבחינת היווצרות הכוכבים שבהן, יש לנו יחסית מעט תובנות באשר להתפתחותן הכימית בעידנים הקדומים. תובנות אלו חשובות לאור העובדה כי כאשר הכוכבים נולדים או מתים, היסודות שאותם הם יצרו מתפזרים בגלקסיה ומעבר לה. שנים רבות לאחר מכן, חלק מיסודות אלו יכולים ליצור פלנטות חדשות כמו זו שלנו. 

במסגרת המחקר, החוקרים גילו גלקסיה מרוחקת בשםNGP-190387  בעזרת טלסקופ המזהה אור באורך גל של כמילימטר יחיד. מחקר זה אפשר למדענים לצפות באור שנפלט מתוך אבק/גז קר בגלקסיות מרוחקות. הנתונים חשפו ממצא בלתי צפוי: השמטה של פליטה של אור באורך גל של 1.32 מילימטרים בדיוק. אורך גל זה מתאים במדויק לאורך הגל שבו המולקולה מימן-פלואוריד (HF), המורכבת מאטום מימן אחד ומאטום פלואור אחד, בולעת אור (תוך התחשבות בהיסט של אורך הגל בעקבות התרחבות היקום). ההשמטה של אורך גל זה מרמזת על נוכחותו של ענן גזי המורכב ממימן פלואוריד בגלקסיה. לאור זה נדרשו 12 מיליארדי שנים על מנת להגיע אלינו לכדור הארץ, וכך אנו רואים את הגלקסיה כפי שהייתה כאשר היקום היה בן 1.4 מיליארדי שנים.

ממצא זה מעניין לאור העובדה כי הוא מספק מידע באשר להפיכתן של הגלקסיות לעשירות ביסודות כימיים מיד לאחר היווצרותן. הצלחנו לראות כי אפילו בעידן מוקדם זה, בגלקסיה המרוחקת (NGP-190387) יש ריכוז גבוה של פלואור. הגם שצפינו ביסודות אחרים בגלקסיות מרוחקות, כגון פחמן, חנקן וחמצן, זוהי הפעם הראשונה אי פעם שמדדנו פלואור בגלקסיה מייצרת כוכבים במרחק כה רב. ככל שנצפה במגוון נרחב יותר של יסודות בגלקסיות מוקדמות, כך תהא טובה יותר הבנתנו באשר לתהליך של העשרת יסודות כימיים באותו עידן.

אנו יודעים כי ניתן לייצר פלואור במספר דרכים: למשל, בפיצוצי כוכבים מסוג סופרנובה, וכן בכוכבים אחרים מסוג על-ענק אדום (Red supergiant) הנמצאים בשלהי חייהם לאחר שריפת רוב הכמויות של המימן וההליום שהיו מצויות בתוכם. מודלים המתמקדים באופן שבו יסודות נוצרים בכוכבים ובסופרנובות יכולים לספר לנו מהי כמות הפלואור הצפויה להיות במקורות אלו. להפתעתנו, גילינו כי ריכוז הפלואור היה גדול מדי בגלקסיה המרוחקת (NGP-190387) לאור ההסבר של פיצוץ סופרנובה בלבד. היה עלינו למצוא מהיכן הגיעה הכמות הנוספת, והסברה ההגיונית ביותר הייתה כי המקור לכמות זו הוא סוג אחר של כוכב – כוכב וולף-ראייה (Wolf–Rayet star). כוכבים מסוג זה הם די נדירים – ישנם מאות אחדות בלבד של כוכבים מסוג זה שסווגו בשביל החלב. אך אלו כוכבים ענקיים. כוכבי וולף-ראייה הם שלב במחזור החיים של כוכבים כבדים במיוחד – כאשר המסה שלהם גדולה פי עשרה מזו של השמש. בהגיעם לשלהי החיים הקצרים שלהם, כוכבים אלו שורפים הליום בליבות שלהם, והם זוהרים פי מיליוני פעמים מאשר השמש שלנו. בדרך כלל, כוכבים מסוג זה איבדו את השכבה החיצונית שלהם שמורכבת ממימן בשל רוחות מימן עוצמתיים, תוך חשיפת הליבה המורכבת מהליום. בסופו של דבר, כוכבים אלו יתפוצצו בקריסה דרמטית בפיצוץ מסוג סופרנובה. כאשר אנו מוסיפים את כמות הפלואור הצפויה להגיע מכוכבי וולף-ראייה למודל שלנו, נוכל בסופו של דבר להגיע לכמות הנכונה המתייחסת לאור הנפלט מהגלקסיה NGP-190387.

ממצא זה נוסף לגוף הראיות ההולך וגדל המראה כי הצמיחה של גלקסיות היתה מהירה באופן מפתיע בתחילת היקום. תהליכים אלו, שגרמו להעשרת היסודות הכימיים ביקום, הם הבסיס ליקום שאנו רואים סביבנו כיום, ומחקר זה מספק תובנה חדשה באשר לפרטי האסטרופיזיקה השולטת ביקום שלנו, זו שהחלה עוד לפני 12 מיליארדי שנים.     

הידיעה ב-The Conversation