إن تتبع الوقت في الكون يعد مهمة صعبة. فهو يتطور ويتغير باستمرار، ودراسة الأحداث التي حدثت منذ مليارات السنين، رغم أنها ممكنة، ليست بالأمر السهل. كشفت دراسة حديثة في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية من علماء الفلك في جامعة ولاية أوهايو عن طريقة جديدة تمامًا لمعرفة الوقت في الفضاء باستخدام عنصر جديد قد يبدو غير متوقع، وهو المنغنيز.

لكن هذا لا يعني أن علماء الفلك يتتبعون قطعاً من المعدن الفضي الذي يطفو في الفضاء، بل يبحثون على وجه التحديد في الشكل الغازي المتأين لهذا العنصر الشائع نسبيًا، المعروف في الأدبيات العلمية باسم (Mn III). فهذا العنصر له فوائد استعماله كـ “كرونومتر” للكون، فما هي هذه الفوائد؟

يعد المنغنيز جزءًا من عائلة الحديد، لكنه أقل شيوعًا بمئة مرة من أقربائه الأكثر شهرة، والذي يحمل اسم حقبة كاملة من الحضارة الإنسانية. كما أن المنغنيز لا يظهر بشكل جيد في الخطوط الطيفية التقليدية، بل يسطع بشكل خاص في الأشعة فوق البنفسجية التي يصعب اكتشافها من سطح الأرض. ولذلك، قلما استخدم العلماء المنغنيز لدراسة بقايا المستعرات الأعظم أو “السحب الفضائية” المكونة من الغاز والغبار والمعروفة بمناطق H II.

ومع ذلك، كان الباحثون على دراية بإمكانية اكتشاف هذا العنصر على المستوى الفيزيائي. وفقاً للنظرية، ينبغي أن يتوهج المنغنيز في المراحل المتأخرة من بقايا المستعر الأعظم، لكن لم يسعَ أحد لفهم الطبيعة الفيزيائية وراء استخدام هذا التوهج كأداة علمية.

لفهم سبب أهمية المنغنيز كأداة علمية، من المفيد أن نبدأ بفهم مصدره. كما قال كارل ساجان، نحن جميعًا مصنوعون من مادة النجوم، ومن بينها، المنغنيز الذي يلعب دورًا حاسمًا في الكيمياء الحيوية للبشر. يتم تشكيل عناصر “ثقيلة” ذات أعداد ذرية أكبر من الحديد من خلال نوعين من المستعرات الأعظم.

تحدث المستعرات الأعظم من النوع الثاني عندما تنفجر النجوم فائقة الكتلة بعمر قصير بعد ملايين السنين من ولادتها. من جهة أخرى، تحدث المستعرات الأعظم من النوع Ia بعد مرور مليارات السنين بعد وفاة نجوم أكثر استقرارًا. يتكون المنغنيز بسرعة أكبر في المستعرات الأعظم من النوع Ia، مما يعني أنه مع مرور الوقت يتشكل المزيد منه، وبالتالي، تتغير نسبة المنغنيز إلى الحديد في الكون.

إن قياس هذه النسبة في التاريخ المبكر للكون يوفر للعلماء وسيلة لاستخدام المنغنيز كـ “كرونومتر” لتتبع تاريخ تطور المجرات وتكوين النجوم، على افتراض أنهم يستطيعون رؤية الخطوط الطيفية الخاصة به.

وفي إطار هذا البحث، استخدم الباحثون بعض الأنظمة الحسابية لتحليل 1421 مستوى طاقة متميزًا للمنغنيز، ومقارنتها مع قواعد البيانات الذرية المقدمة من المعاهد الوطنية للمعايير والتكنولوجيا. كما قاموا بحساب 703 طريقة مختلفة لاصطدام الإلكترونات بذرات المنغنيز، وكيف سيبدو الضوء الناتج عن هذه الاصطدامات.

بفضل هذا التوسع إلى درجات الحرارة والكثافات الموجودة في الفضاء، وفرت الدراسة مجموعة بيانات تتوقع ما يمكن أن يعثر عليه علماء الفلك عند البحث عن المنغنيز في الكون المبكر. من المثير للاهتمام أن بعض الخطوط الطيفية المذكورة في الورقة موجودة في النطاقات تحت الحمراء، وهو ما يتناسب تمامًا مع ما يمكن أن يلتقطه تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

إن دمج البيانات التي تم جمعها حول المنغنيز مع “الكرونومترات” العالمية الأخرى يمكن أن يوفر نقطة بيانات إضافية لدعم قياسات العلماء لعمر بنية معينة في الكون المبكر. ومع ازدياد توافر تلسكوبات جديدة وقوية تمتد بالتوقع إلى أبعد في الزمن، ستصبح أدوات قياس العمر هذه أكثر أهمية. ويعتبر إدراج الخطوط الطيفية لعنصر مثل المنغنيز من بين أدواتنا للمساهمة في هذا الجهد أمرًا ذا أهمية كبيرة.

لا تنسوا متابعة الأبحاث القادمة في هذا المجال التي تتعلق بتطور المجرات ودور العناصر الكيميائية فيها.