Radiation simulation of ⁶⁰Fe in lunar regolith decay

في أعماق تاريخ نظامنا الشمسي، توجد لحظات من التحول العنيف تترك وراءها بصمات غير مرئية. فعندما تصل نجمة ضخمة إلى نهاية حياتها وتنفجر كـ "سوبرنوفا" (مستعر أعظم)، فإنها تعمل ككُورٍ كوني، تصهر العناصر الثقيلة وتقذف بها عبر المجرة. أحد هذه العناصر هو الحديد-60، وهو نسخة نادرة وإشعاعية من الحديد لا توجد طبيعيًا على الأرض بكميات كبيرة. ولأن هذا النظير يتحلل بمعدل ثابت ومعلوم على مدى ملايين السنين، فإنه يعمل كساعة دقيقة لعلماء الفلك. فإذا حدث انفجار مستعر أعظم بالقرب من نظامنا الشمسي نسبيًا خلال الملايين من السنين الماضية، فإن الحطام الناتج عن هذا الانفجار كان سيهطل على كل ما هو قريب، بما في ذلك القمر. وبخلاف الأرض، حيث تعمل الرياح والمياه والصفائح التكتونية المتحركة باستمرار على إعادة تدوير السطح ومحو مثل هذه السجلات القديمة، ظل القمر هادئًا جيولوجيًا لمليارات السنين. ويعمل سطحه الغباري، المعروف باسم "الرِيغوليث"، كأرشيف بكر، يحفظ طبقة من هذا الحديد القادم من الفضاء التي سقطت من السماء.

لقد شرع فريق من الباحثين من جامعة "Xizang" ومتحف "Xizang" للعلوم الطبيعية مؤخرًا في فهم مقدار الإشارة التي يرسلها هذا الحديد المدفون بدقة. فعندما يتحلل الحديد-60، فإنه يطلق طاقة في شكل أشعة غاما، وهي جسيمات ضوئية عالية الطاقة. أراد العلماء معرفة ما إذا كانت هذه الأشعة يمكنها الهروب من سطح القمر المغبر والسفر طوال الطريق إلى الأرض، حيث يمكن لتلسكوباتنا التقاطها. ولإيجاد الإجابة، قاموا ببناء نموذج حاسوبي مفصل يحاكي رحلة أشعة غاما هذه وهي تحاول اختراق التربة القمرية. وقد أخذوا في الاعتبار سمك طبقة الغبار، وكثافة التربة، والطاقة المحددة للأشعة، وحسبوا كم منها سيتم امتصاصه بواسطة الأرض مقابل كم منها سينجح في التحرر إلى الفضاء.

كشفت المحاكاة عن فرق صارخ بين الأشعة منخفضة الطاقة والأشعة عالية الطاقة. ينتج عن تحلل الحديد-60 ثلاثة أنواع رئيسية من أشعة غاما، لكن النوع الأقل طاقة، عند 58.6 كيلو إلكترون فولت، يواجه رحلة صعبة. فالتربة القمرية فعالة جدًا في إيقاف هذه الأشعة الأضعف؛ إذ يتم امتصاصها فورًا بواسطة جزيئات الغبار التي تصادفها. وأظهر النموذج أن ذرات الحديد الموجودة في الطبقة العليا فقط من التربة، ضمن حوالي واحد ونصف سنتيمتر من السطح، هي التي يمكنها المساهمة في إشارة قد تهرب من السطح. وحتى مع ذلك، فإن كمية الطاقة التي تصل إلى الأرض ضعيفة للغاية، حيث تُقاس بنحو 6.55 مضروبة في 10 لأس سالب 24 إرج لكل سنتيمتر مربع في الثانية. وهذه الإشارة ضعيفة جدًا لدرجة أنها غير مرئية تمامًا وسط الضجيج الخلفي للكون.

في المق مقابل، تتصرف الأشعة الأعلى طاقة، وتحديدًا تلك الموجودة عند 1173 و1332 كيلو إلكترون فولت، بشكل مختلف تمامًا. نظرًا لأنها تحمل طاقة أكبر بكثير، يمكنها الاختراق بعمق أكبر في التربة القمرية، حيث تسافر عبر ما يصل إلى عشرة سنتيمترات من الغبار قبل أن تتوقف. وتسمح هذه القدرة على السفر عبر الأرض بحجم أكبر بكثير من الحديد المدفون للمساهمة في الإشارة. ونتيجة لذلك، فإن التدفق، أو كمية الطاقة الواصلة إلى الأرض، لهذه الأشعة عالية الطاقة أقوى بنحو عشرة آلاف مرة من إشارة الطاقة المنخفضة. ورغم أن هذا يمثل تحسنًا كبيرًا، فقد وجد الباحثون أن إجمالي الإشعاع الذي يصل إلينا لا يزال باهتًا للغاية بحيث لا يمكن لأجهزتنا الحالية رصده. فتلسكوبات الفضاء الأفضل لدينا اليوم تفتقر ببساطة إلى الحساسية المطلوبة لالتقاط هذه الإشارة المحددة من القمر.

تخلص الدراسة إلى أنه بينما يعد القمر بالفعل أرشيفًا مثاليًا للحفاظ على تاريخ انفجارات المستعرات العظمى القريبة، فإن الاستماع إلى قصته عبر أشعة غاما هو أمر يتجاوز قدرتنا حاليًا. الإشارة موجودة، مدفونة في الغبار، لكنها هادئة جدًا لدرجة لا تستطيع آذاننا سماعها بأدواتنا التكنولوجية الحالية. ولا يعني هذا الاكتشاف أن البحث قد انتهى، بل يوفر هدفًا واضحًا للمهمات المستقبلية. ويقترح الباحثون أنه إذا بنينا كواشف جديدة أكثر حساسية موجهة خصيصًا لهذه الأشعة عالية الطاقة، أو إذا وضعنا أدوات مباشرة على السطح القمري لتجنب المسافة والتداخل في الفضاء، فقد نتمكن أخيرًا من سماع صدى تلك الانفجارات النجمية القديمة. وحتى ذلك الحين، يظل الحديد-60 شاهدًا صامتًا في الغبار القمري، ينتظر جيلًا مستقبليًا من الأجهزة لفك أسراره.