היסוד הנדיר טלוריום אותר לראשונה בכוכבים קדמוניים
מאת דר. משה נחמני
טלוריום, יחד עם יסודות הכבדים ממנו עוד יותר בטבלה המחזורית, נוצרו, ככל הנראה, מתוך סוג נדיר של סופרנובה בתהליך מהיר של היתוך גרעיני
לפני כמעט 13.7 מיליארדי שנים, היקום היה מורכב מהיסודות מימן, הליום, ועקבות של ליתיום בלבד – תוצרי לוואי של המפץ הגדול. כמעט 300 מיליון שנים לאחר מכן, נולדו הכוכבים הראשונים תוך הפצה של יסודות כימיים נוספים לרחבי היקום כולו. מאז ועד היום, התפוצצויות של כוכבים ענקים, או סופרנובות, הולידו את היסודות פחמן, חמצן, ברזל ואת שאר 94 היסודות של הטבלה המחזורית המופיעים בטבע.
כיום, כוכבים וגופים של כוכבי לכת מיצרים שאריות של יסודות אלו, שנוצרו מהגז שהועשר ע"י סופרנובות במהלך השנים. במהלך 50 השנים האחרונות מדענים בחנו כוכבים בגילאים שונים בחפשם אחר מתווה ההתפתחות של היסודות הכימיים ביקום ולשם זיהוי התופעה האסטרופיסיקלית שהולידה אותם.
כעת, צוות חוקרים ממספר מוסדות, ביניהם MIT, איתרו לראשונה אי-פעם בהיסטוריה את היסוד טלוריום (tellurium) בכוכבים קדמוניים. החוקרים מצאו שאריות של יסוד מוליך למחצה ושברירי זה – אשר הינו נדיר מאוד על פני כדור הארץ – בכוכבים שגילם כמעט 12 מיליארדי שנים. ממצא זה מאשש את התיאוריה כי טלוריום, יחד עם יסודות הכבדים ממנו עוד יותר בטבלה המחזורית, נוצרו, ככל הנראה, מתוך סוג נדיר של סופרנובה בתהליך מהיר של היתוך גרעיני. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Astrophysical Journal Letters.
"אנו מעוניינים להבין את התפתחותו של היסוד טלוריום – ובעזרת היקש את התפתחותם של כל שאר היסודות האחרים – מזמן המפץ הגדול ועד היום," אומרת אחת מהמדעניות שהיו שותפות למחקר. "כאן על פני כדור הארץ הכל מורכב מפחמן ומיסודות שונים אחרים, ואנו מעוניינים להבין כיצד הגיע אלינו היסוד טלוריום."
המדענים ניתחו את ההרכב הכימי של שלושה כוכבים בהירים הממוקמים מספר אלפי שנות אור מאתנו, "בעטרת האור של שביל החלב," מציינת החוקרת. החוקרים ניתחו נתונים שמקורם בספקטוגרף של טלסקופ החלל האבל, מכשיר המפצל את האור המגיע מהכוכבים לספקטרום של אורכי גל שונים. אם יסוד מצוי בכוכב כלשהו, אטומי אותו היסוד בולעים קרינת כוכבים באורך גל מוגדר; מדענים מסוגלים לצפות בבליעה זו כשיפוע בנתוני הספקטרוגרף. החוקרים זיהו שיפועים כאלו בתחום הקרינה העל סגולה של הספקטרום – באורך גל התואם את בליעת האור הטבעית של היסוד טלוריום – ממצא המספק הוכחה כי יסוד זה אכן מצוי בחלל, וכי ככל הנראה הוא נוצר לפני יותר מ-12 מיליארדי שנים, בעת שנולדו כל שלושת הכוכבים.
החוקרים גם השוו את תפוצת היסוד טלוריום לתפוצה של יסודות כבדים אחרים כגון בריום וסטרונציום, השוואה שהראתה כי יחס היסודות הללו היה זהה בכל שלושת הכוכבים. החוקרת טוענת כי היחסים הזהים מאששים את התיאוריה של סינתזת היסודות הכימיים – ייתכן כי סוג נדיר של סופרנובה הוא שהיה אחראי ליצירת היסודות הכבדים יותר המצויים בתחתית הטבלה המחזורית, לרבות טלוריום.
לפי תחזיות תיאורטיות, ייתכן והיסודות הכבדים יותר מהיסוד ברזל נוצרו כחלק מהקריסה של ליבת סופרנובה, כאשר גרעיני האטומים התנגשו עם כמויות עצומות של נויטרונים בתהליך של היתוך גרעיני. מזה חמישים שנים שאסטרונומים ופיסיקאי גרעין מפתחים מודלים המדמים את התהליך המהיר הזה הקרוי בשם תהליך-r (r-process) על מנת לחשוף את ההיסטוריה הקוסמית של היסודות.
צוות המחקר גילה כי היחסים של יסודות כבדים שנצפו בשלושת הכוכבים מתאימים ליחסים שנחזו בעזרת מודלים תיאורטיים אלו. הממצאים, מציינת החוקרת, מאשרים את התיאוריה כי יסודות כבדים יותר נוצרו ככל הנראה מסופרנובה נדירה, מהירה במיוחד.
"ברזל וניקל ניתנים ליצירה בכל סופרנובה רגילה, בכל מקום ביקום," מסבירה החוקרת. "אולם נראה כי יסודות כבדים ניתנים ליצירה רק בסופרנובות מיוחדות. הוספת עוד יסודות לתבניות היסודות הנצפות תסייע לנו להבין את התנאים האסטרופיסיקליים והסביבתיים הנדרשים לשם קיומו של תהליך מעין זה."
אחת מחוקרות הצוות מציינת כי טלוריום הינו יסוד שקשה לאתרו, מאחר והוא בולע קרינה בתחום העל-סגול של הספקטרום, מדידה בלתי אפשרית עבור טלסקופים הממוקמים על פני כדור הארץ. ממצאי צוות המחקר, היא מסבירה, מהווים שלב ראשון בגילוי חלק מהיסודות החמקמקים ביותר המצויים ביקום.
"אם אתה מתבונן בטבלה המחזורית, טלוריום נמצא בדיוק באמצע היסודות שקשה לנו למדוד את נוכחותם," מציינת החוקרת. "אם אנו רוצים להבין כיצד תהליך-r מתרחש ביקום, באמת שעלינו למדוד את החלק הזה של הטבלה המחזורית."
החוקרים ממשיכים את החיפוש שלהם אחר יסודות כבדים בחלל. לדוגמה, סלניום – הדומה לטלוריום – עדיין לא אותר ביקום. בדיל, מציינת החוקרת, גם הוא מהווה יסוד שקשה לאתרו, כמו יסודות אחרים ורבים לאורך אותו הטור של טלוריום בטבלה המחזורית." "עדיין קיימים מספר פערים," אומרת החוקרת. "מדי פעם בפעם אנו מסוגלים להוסיף יסוד וזה מוסיף לנו נקודת ייחוס נוספת המקלה על עבודתנו."