نجوم الكون
تقسم جميع الجسيمات في الكون إلى بوزونات ذات السبين (spin) الصحيح (0,1,2) وتشكل حوامل القوى مثل الفوتون والغرافيتون والكليون وWوZ . والفرميونات ذات السبين الكسري (1/2) والتي تشكل مادة الكون (الهادرونات والليبتونات) والتي تخضع لمبدأ الاستبعاد لباولي (Puily exclusion princepl) (لا يمكن لجسيمين متماثلين أن يوجدا في حالة واحدة أي لا يمكن أن يكونا في الموضع نفسه والسرعة ذاتها مع احترام مبدأ الارتياب لهايزنبرغ (لا يمكن تحديد سرعة وموضع جسيم معاً).
أما السبين فهو يعبر عن مظهر الجسيم عندما ننظر إليه من مناحي مختلفة يمكن تخيل السبين بأنه طريقة دوران الجسيم حول محوره وهذا افتراض تخيلي وغير واقعي فالجسيم الذي سبينه صفر يشبه نقطة من أية زاوية نظرنا إليه والجسيم الذي سبينه واحد يشبه السهم يختلف مظهره باختلاف منحى النظر ولا يعود إلى مظهره الأول إلا إذا دار دورة كاملة (360درجة) أما الجسيم الذي سبينه 2 فيشبه سهماً ذا رأسين ينطبق على نفسه بعد نصف دورة (180درجة) وهكذا. أما الجسيمات ذات السبين 1/2 فهي تحتاج لاسترداد مظهرها لدورتين كاملتين.
لقد أتت حوامل المادة والطاقة مع ولادة الكون والنظرية الأكثر شيوعاً وهي نظرية الأنفجار العظيم :
تعود أصول نظرية الأنفجار العظيم إلى خطأ ارتكبه أينشتاين عام 1917 ووصفه فيما بعد بأنه كان أكبر مطب في حياته حيث ونتيجة للنسبية العامة حصل أينشتاين على حلول لمعادلاته تؤدي إلى أن الكون يتوسع مما دفعه تفادياً للوقوع في مشاكل بسبب نتيجته المعارضة لما هو سائد إلى إضافة حد لموازنة جنوح الكون إلى التوسع لكن عام 1929 أكتشف العالم إدوين هبل أن مجرتنا ليست وحيدة في الفضاء بل يوجد هناك ملايين المجرات وتلك المجرات تندفع مبتعدة عنا بسرعات خيالية مما دفع بأينشتاين إلى إسقاط حده الإضافي وهنا ولدت نظرية الأنفجار العظيم والتي تقول أن الكون كان متجمعاً في موضع واحد يدعى متفرداً كثافته لانهائية وقوانين العلم جميعها متوقفة هنا وكذلك الزمان والمكان.
هذا الحدث الكارثي حصل مابين العشرة حتى العشرين مليار سنة والرقم الأقرب هو 14.5مليار سنة والعلماء يستطيعون التحدث عن الأجزاء الأولى من الثانية الأولى من هذا الأنفجار عند الأنفجار العظيم كانت جميع القوى واحدة وبدأت بالتمايز بعد الأنفجار وبعد مرور واحد من ألف مليون من الثانية الأولى ولدت الكواركات والليبتونات والفوتونات وبعد ثلاث دقائق أخذت النوى بالظهور وبعد ثلاثمئة ألف سنة من حدوث الأنفجار ولدت الذرات وانخفضت درجات الحرارة إلى 3000كلفن مما سمح لذرات الهيدروجين بالظهور وتكونت النجوم والمجرات وأخذ الكون بالتوسع .
تشكل ذرات الهيدروجين باجتماعه مع بعضها ومع غبار كوني ما يعرف بالسديم الذي هو عبارة عن سحابة من الغاز والغبارو بتأثير من قوة الثقالة (الجاذبية) تتقلص السحابة وتزداد درجة الحرارة والضغط حتى تقترب الذرات من بعضها لمسافات معينة تظهر عندها أثر القوة النووية الشديدة حيث يندمج الهيدروجين مع بعضه ليكون الهليوم ويشع باقي الكتلة طاقة حسب معادلة أينشتاين وتعد هذه اللحظة لحظة توازن القوة الثقالية التي تدفع بذرات الهيدروجين للداخل والحرارة العالية والضغط المعاكس (القوة النووية الداخلية) التي تدفع بالطاقة للخارج لحظة ولادة النجم وينتقل بعدها النجم لحياته الطبيعية والتي يستهلك خلالها غذائه النووي ويقدر عمر النجوم من خلال مدى إشعاعها أي اللون التي تظهر فيه. فنجم مثل شمسنا يقترب لونها من البرتقالي يقدر عمرها بعمر الشباب أما العمر فيحدد بكتلة الهيدروجين وكلما كبرت هذه الكتلة كان عمر النجم أصغر وبانتهاء التفاعلات النووية في باطن النجم تبدأ مرحلة جديدة هي مرحلة موت النجوم حيث تتحول النجوم إلى عمالقة حمراء نتيجة القوى الشديدة داخل النجوم وبعد ذلك تظهر المفارقة فأمامنا عدة حالات بعد العملاق الأحمر لموت النجوم :
الحالة الأولى نجم كشمسنا أو أصغر أوأكبر بـ1.4 كتلة النجم تضغط الذرات بحيث تتلاشى مدارات الإلكترونات منها ليتحول النجم إلى قزم أبيض صغير هادئ مهمل في مكان ما في الكون أما مادته النجمية فهي عبارة عن نوى تسبح في بحر من الإلكترونات من دون مدارات وتقدر كثافة هذا النجم بحوالي 5000.000غ/سم المكعب (ملعقة شاي من القزم الأبيض كتلتها حوالي 5طن) لا يشع القزم الأبيض فشمسنا مثلاً ستبتلع كوكب الزهرة والأرض وعطارد والمريخ وتصل لحدود كوكب المشتري وذلك في مرحلة العملاق الأحمر وتعود بعد فترة كونية للتقلص متحولة لقزم أبيض أما تسمية قزم أبيض فهي بسبب صغر حجم النجم ودرجة حرارته السطحية التي تتراوح بين 50.000و100.000درجة مئوية.
الحالة الثانية فهي النجوم أكبر من نجمنا الشمس بـ1.4 وأصغر بـ3مرات كتلة شمسنا هذه الكتلة لا تكتفي بضغط الذرات لتتلاشى مداراتها وإنما تستمر بالضغط حتى تندمج البروتونات مع الإلكترونات لتكوين النيترونات وهكذا تصبح مكونات النجم نيترونات فقط ونحصل على النجم النيتروني العالي الإشعاع وذو جاذبية عالية جداً و الكثافة العالية جداً التي تصل حتى (10 14غ/سم3) كما يمتاز هذا النجم النيتروني بنصف قطر يصل حتى ثلاثين كيلو مترات فقط لكن له لف ذاتي كبير مما يسبب أشعاعات عالية يطلق عليها (النباضات-pulsars) وللمقارنة تزن ملعقة شاي من النجم النتروني ملايين الأطنان. وتم أول رصد لأول نجم نيتروني عام 1967 بعد أن اكتشفت جوسلين بل مع هيويش أجساماً أطلقوا عليها النباضات تشع نبضات منتظمة من الأمواج الراديوية اعتقدوا في البداية أنها رسائل من سكان مجرات أخرى لكن أحلامهم وأمنياتهم توقفت عندما ألقى العلم كلمته فكانت هذه النباضات نجوم نيترونية وكانت أول أثبات لصحة التنبؤات.
بازدياد كثافة النجم النتروني لأكثر من (10 14غ/سم3) ينهار النجم النتروني داخلياً و ينقص نصف قطره ونحصل على ما يسمى النجم الكواركي.
كانت هذه مفاجأة جديدة للعلماء قلبت مفاهيم العلم وجاء أول دليل رصدي ليؤكد صحة التوقعات (أول نجم كواركي هو RXJ1856) هذه التوقعات أعتمدت على معادلات تشندرا سيخار ويتميز النجم الكواركي عن النجم النتروني بسرعة دوران عالية جداً وتنبض بشدة أكبر وذات نصف قطر أصغر.
الحالة الثالثة مرحلة الثقوب السوداء فالنجوم الأكبر من ثلاثة أضعاف كتلة الشمس تتحول بعد مرحلة العملاق الأحمر لثقوب سوداء وهو حيز من الفضاء يحيط بجسم تداعى وانكمش إلى أبعاد صغيرة لدرجة أصبح معها الجذب الثقالي كبيراً لدرجة أن الضوء نفسه لا يستطيع أن يهرب من قبضته.
إن بعض النجوم التي تفوق كتلتها 12 مرة كتلة الشمس تنفجر متحولة لمستعرات أعظميه (سوبر نوفا تطلق الطاقة بكميات هائلة في الكون كما تطلق مع طاقتها الهائلة المواد الثقيلة والتي جاء الحديد إلى الأرض عن طريقها وبعد ذلك يتحول النجم المتبقي من السوبر نوفا إلى نجم نيتروني (إذا كانت كتلة النجم بين 15 و30 كتلة شمس ) أو ثقب أسود (30 فما فوق مرة كتلة شمس).
أما الكوازارات فتبدأ قصتها عام 1963 على يد العالم الفلكي شمدت وكان أول كوازار هو (3C273 والتي تعني المنبع رقم 273 في الكراس الثالث من تصنيف كمبردج للمنابع الراديوية ) حيث لاحظ شميدت الانزياح الكبير نحو الأحمر( انزياح لخطوط طيف الأجرام السماوية ناجم عن مفعول دوبلر بسبب حركة ابتعاد الجرم عنا يترافق بأمواج راديوية غزيرة يطلقها هذا المنبع فأطلق عليه مصدر راديوي شبه نجمي (Quasi Stellar Radio Sources) وأختصاراً QUASAR. وتتحرك الكوازارات بسرع عالياً جداً مبتعدةً عنا بمسافات كبيرة ولكن بعد أطلاق مرصد هابل وجد أن هناك كوازارات كبيرة جداً دفعت للقول عنها بأنها نواة مجرات فتية ونشطة وتحول الكوازار من مصادر راديوية شبه نجمية إلى أشياء شبه نجمية (Quasi Stellar Objects)
تصل سرعة الكوازارات حتى 80% من سرعة الضوء وهي تقع على حدود الكون أي تبعد عنا حتى 14 مليار سنة ضوئية أما كيف يمكن للكوازار أن يطلق هذه الكميات من الطاقة فتقول أحد الفرضيات أن ثقب أسود هائل الكتلة (بحدود 100 مليون شمس ) يجذب المادة من حوله التي تتهاوى بمسارات حلزونية تدفع الثقب بالتدويم باتجاهها مما يتيح توليد حقل مغناطيسي ويدفع بالجسيمات العالية الطاقة جداً أن تصدر الأشعة السينية الغزيرة إضافة لذلك يشكل هذا الثقب و بسبب امتصاصه للنجوم والغبار الكوني قرص يسخن بالأحتكاك ويتوهج معطياً كوازار .
كما يمكن أن تكون الكوازارات نهاية ثقوب سوداء تبخرت وأعادت ما ابتلعته و يمكن أيضاً أن تكون الكوازارات ثقوب بيضاء فما زالت الأسئلة التي تطرحها الكوازارات أكبر مما أجاب عنه العلم .
عمر الأرض وان كان العلماء لم يتمكنوا من إيجاد طريقة مباشرة لتحديد عمر الأرض من خلال دراسة صخور الأرض لأن صخور الأرض القديمة التي تكونت معها بنفس الوقت قد تم إعادة تشكيلها وتدويرها وتدميرها من خلال عملية تحركات الصفائح التكتونية. وإن تبقى أي من هذه الصخور على حالته الأولى فإنه لم يكتشف لحد الان أي منها. كما تمكن العلماء من تحديد العمر التقريبي للنظام الشمسي وحساب عمر الأرض بافتراض أن الأرض والكواكب في النظام الشمسي تشكلت في نفس الوقت وهي بالتالي لها نفس العمر.
يقاس عمر صخور الأرض والقمر بواسطة طريقة تقيس مدى تناقص عدد الذرات في الصخور ذات النشاط الإشعاعي الطويلة العمر. وهذه التقنية لتأريخ عمر الصخور المسماه التأريخ الراديومتري تستخدم لقياس آخر مرة حدث تغير بالصخر سواء بإذابته بفعل الحرارة من باطن الأرض او تغيره الى حالة اخرى اثرت عليه لكي تبدأ عناصرة المشعة بالتجانس.
تم العثور على صخور يزيد عمرها عن 3.5 بليون سنة في مناطق واسعة في الأرض. وأقدم الصخور التي تم العثور عليها تسمي Acasta Gniesses في كندا بالقرب من بحيرة الغريت سليف وعمرها 4.03 بليون سنة. كما تم العثور على صخور أخري في مناطق مختلفة من العالم ودرست هذه الصخور وتم تقدير أعمارها بعدة طرق من طرق التأريخ الراديومتري, كما تم العثور في أستراليا على كريستالة زيركون مفردة موجودة في صخور رسوبية حديثة ووجد ان عمرها 4.3 بليون سنة وتعتبر هذه الكريستالة الصغيرة أقدم مادة عثر عليها.
وقد قدر عمر الارض 4.54 بليون سنة من خلال العثور على نيزك حديدي تم تقدير عمره ونسب عمر الارض الى هذا النيزك .
عمر القمر
صخور القمر تعتبر عذراء وبدائية بالنسبة للارض حيث لايوجد في القمر تحركات للصفائح التكتونية وبقيت صخوره على حالها منذ نشأته وبعد ان تم أخذ عينات من صخور القمر وإرسالها إلى الأرض بواسطة رواد الفضاء الامريكان اثناء رحلات أبوللو ورحلات لونا وجد أن أقدم صخور القمر يتراوح عمرها ما بين 4.4 الى 4.5 بليون سنة, لذا فهي قريبة الى عمر الارض.
فوائد النيازكتعتبر النيازك مصدر جيد لمعرفة عمر الارض من خلال المواد الصخرية والمعدنية المكونة لها لأنها نشأت بنفس الوقت مع تكون النظام الشمسي, وهناك أكثر من 70 نيزك صغير تم قياس أعمارها وبينت الدراسات أن أعمارها مشابهة لعمر النظام الشمسي فقد تكونت مابين 4.53-4.58 بليون سنة.
طريقة حساب العمر
معلوم أن العناصر الكيميائية تتكون من ذرة لها عدد معين من البروتونات داخل النواة ولكن الوزن الذري المختلف لنفس الذرة يعزي الى التغيرات في عدد النيوترونات. فالذرات التي تتكون من عنصر واحد و يختلف وزنها الذري عن الاخري تسمى النظائر. فتناقص عدد الذرات للعناصر ذات النشاط الاشعاعي عملية تحدث بشكل تلقائي حيث ان النظيرة (الام ) تفقد اجزاء من نواتها لكي تشكل نظيرة (بنت) ذات عنصر جديد ومعدل هذا التناقص يشرح بمصطلح " نصف حياة النظيرة " او الوقت الذي يأخذه نصف جزيئ نظيري اشعاعي لكي تتناقص عدد الذرات به.
ومعظم النظائر الاشعاعية لها معدل سريع لتناقص عدد ذراتها وهي قصيرة الحياة وتفقد الاشعاع بها خلال عدة ايام او عدة سنوات وهناك انواع أخرى من النظائر تتناقص ذراتها بشكل بطئ وتستخدم كساعات جيولوجية لعمر الارض أو الصخور وأحد الأمثلة منها هو تحول اليورانيوم 238 الى رصاص206 (في سلسلة اليورانيوم الطبيعية) التي تحتاج إلى 4.5 بليون سنة وكذلك تحول البوتاسيوم-40 الى أرغون – 40 يحتاج إلى 1.25 بليون سنة وتحول اليورانيوم -235 الى رصاص -207 والذي يحتاج الى 704 مليون سنة.
تقدير عمر الأرضأفضل تقدير لعمر الأرض لا يأتي من دراسة مفردة للصخور ولكن يؤخذ بالاعتبار أن الأرض والنيازك جزء من نفس النظام الذي تطور والذي من خلاله يمكن مراقبة التركيب النظائري للرصاص وخاصة نسبة التغير على مر السنين للرصاص-207 بعد أن اشتق من اليورانيوم -235 والرصاص -206 بعد أن اشتق من اليورانيوم-238 وحيث أنه له علاقة بتناقص عدد الذرات اليورانيوم-235 ذو النشاط الاشعاعي واليورانيوم 238 بالترتيب. واستخدم العلماء هذه الطريقة لتحديد الوقت المطلوب للنظائر الموجودة في أقدم معدن رصاص موجود على الأرض لكي يتطور من تركيبه البدائي (كما تم قياسه في اليورانيوم الموجود في نيزك حديدي) إلى تركيبه الحالى.
حيث جاء الوقت لينفصل الرصاص عن غلافه المحيط يه. وهذه الدراسة والحسابات نتج عنها معرفة عمر الارض والنيازك وعمر النظام الشمسي وكل الكواكب بانه 4.54 بليون سنة مع هامش خطأ 1%. فان العمر المبين يمثل آخر وقت قامت نظائر الرصاص بالتجانس في كل النظام الشمسي الداخلي والوقت التي اندمج به الرصاص واليورانيوم في الأجسام الصلبة من النظام الشمسي ( الكواكب والنيازك والكويكبات والمذنبات ) وهذ العمر متناسق مع تقدير عمر مجرة درب التبانة والذي يقدر مابين 11 الى 13 بليون سنة ومع عمر الكون ككل والذي يقدر مابين 10الى 15 بليون سنة.
الإثنين سبتمبر 11, 2023 8:10 am من طرف الاسماعيلي اليامي
