Geležis yra vienas gausiausių elementų Visatoje kartu su lengvesniais elementais, tokiais kaip vandenilis, deguonis ir anglis. Tarpžvaigždinėje erdvėje turėtų būti gausus geležies kiekis. Taigi kodėl, kai astrofizikai žvelgia į kosmosą, jie mato tai tiek mažai?
Visų pirma, yra priežastis, kad geležies yra tiek daug, ir ji yra susijusi su astrofizikos dalyku, vadinamu geležies viršūne.
Mūsų Visatoje kiti elementai, išskyrus vandenilį ir helį, yra sukurti branduolių sintezės būdu žvaigždėse. (Vandenilis, helis ir šiek tiek ličio ir berilio buvo sukurti didžiojo sprogimo branduolio sintezėje.) Bet elementai nėra sukurti vienodais kiekiais. Yra vaizdas, kuris padeda tai parodyti.
Geležies piko priežastis yra susijusi su energija, reikalinga branduolių sintezei ir branduolio dalijimuisi.
Jei elementai yra lengvesni už geležį, jo kairėje lydymasis skleidžia energiją, o dalijimasis jį sunaudoja. Dešiniesiems elementams, sunkesniems už geležį, dešinėje yra atvirkščiai: jo susiliejimas, kuris sunaudoja energiją, ir dalijimasis, kuris ją išskiria. Taip yra dėl to, kas atominėje fizikoje vadinama rišamąja energija.
Tai prasminga, jei galvojate apie žvaigždes ir atominę energiją. Mes naudojame dalijimąsi energijos generavimui atominėse elektrinėse su uranu, kuris yra daug sunkesnis už geležį. Žvaigždės sukuria energiją susiliedamos, naudodamos vandenilį, kuris yra daug lengvesnis už geležį.
Įprastame žvaigždės gyvenime elementai iki geležies imtinai sukuriami nukleosintezės būdu. Jei norite, kad elementai būtų sunkesni už geležį, turite laukti, kol įvyks supernova ir įvyks supernovos nukleosintezė. Kadangi supernovos yra retos, sunkesni elementai yra retesni nei lengvi.
Galima praleisti nepaprastai daug laiko, einant per branduolinės fizikos triušio angą, ir jei tai padarysite, susidursite su nepaprastai daug detalių. Tačiau iš esmės dėl aukščiau išvardytų priežasčių geležies mūsų Visatoje yra palyginti gausu. Jis stabilus ir reikalauja milžiniškos energijos, kad geležis būtų lydoma į ką nors sunkesnį.
Kodėl mes to negalime pamatyti?
Mes žinome, kad kieto pavidalo geležis egzistuoja tokių pačių planetų šerdyse ir plutelėse kaip mūsų pačių. Mes taip pat žinome, kad dujinė forma yra būdinga tokioms žvaigždėms kaip Saulė. Bet dalykas yra tai, kad tarpžvaigždinėje aplinkoje jis turėtų būti įprastas dujinis pavidalas, bet mes tiesiog to negalime pamatyti.
Kadangi mes žinome, kad jis turi būti ten, tai reiškia, kad jis įvyniotas į kokį nors kitą procesą, kietą formą ar molekulinę būseną. Ir nors mokslininkai ieškojo dešimtmečių ir, nors tai turėtų būti ketvirtas gausiausias saulės gausos elementas, jie to nerado.
Iki dabar.
Dabar kosmochemikų komanda iš Arizonos valstijos universiteto sako, kad jie išsprendė trūkstamos geležies paslaptį. Jie sako, kad geležis pasislėpė akivaizdoje kartu su anglies molekulėmis daiktuose, vadinamuose pseudokarbinais. Pseudokarbinus yra sudėtinga pamatyti, nes spektrai yra identiški kitoms anglies molekulėms, kurių gausu erdvėje.
Mokslininkų komandą sudaro pagrindinis autorius Pilarasetty Tarakeshwar, ASU molekulinių mokslų mokyklos docentas. Kiti du nariai yra Peteris Buseckas ir Frankas Timmesas, abu yra ASU Žemės ir kosmoso tyrimų mokykloje. Jų darbas pavadintas „Dėl geležies pseudokarbinų struktūros, magnetinių savybių ir infraraudonųjų spindulių spektro tarpžvaigždinėje terpėje“ ir paskelbtas „Astrophysical Journal“.
„Mes siūlome naują molekulių klasę, kuri greičiausiai bus paplitusi tarpžvaigždinėje terpėje“, - pranešime spaudai sakė Tarakeshwar.
Komanda sutelkė dėmesį į dujinę geležį ir tai, kaip tik keli jos atomai gali susijungti su anglies atomais. Geležis būtų sujungta su anglies grandinėmis, o susidariusiose molekulėse būtų abu elementai.
Jie taip pat apžvelgė naujausius įrodymus, kad geležies atomai susikaupė stardustose ir meteorituose. Tarpžvaigždinėje erdvėje, kur ypač šalta, šie geležies atomai veikia tarsi anglies „kondensacijos branduoliai“. Prie jų priliptų įvairaus ilgio anglies grandinės, ir tokiu būdu susidarytų kitokios molekulės nei tos, kurios gaunamos naudojant dujinę geležį.
Šiose molekulėse nematėme geležies, nes jos maskuojasi kaip anglies molekulės be geležies.
Pranešime spaudai Tarakeshwar'as sakė: „Mes apskaičiavome, kaip atrodys šių molekulių spektrai, ir nustatėme, kad jų spektroskopiniai signalai yra beveik identiški anglies grandinės molekulėms be geležies“. Jis pridūrė, kad dėl to „ankstesniuose astrofizikos stebėjimuose būtų buvę galima nepastebėti šių anglies plius geležies molekulių“.
Grikiai ir kojos
Jie ne tik rado „trūkstamą“ geležį, bet ir galėjo išspręsti dar vieną ilgai gyventą paslaptį: nestabilių anglies grandinės molekulių gausą kosmose.
Anglies grandinės, turinčios daugiau nei devynis anglies atomus, yra nestabilios. Tačiau kai mokslininkai žvelgia į kosmosą, jie randa anglies grandines, turinčias daugiau nei devynis anglies atomus. Visada buvo paslaptis, kaip gamta sugebėjo suformuoti šias nestabilias grandines.
Kaip paaiškėja, būtent geležis suteikia šioms anglies grandinėms stabilumo. „Ilgesnės anglies grandinės stabilizuojamos pridedant geležies sankaupas“, - sakė Buseckas.
Ne tik tai, bet ir šis atradimas atveria naują kelią sudėtingesnių molekulių, tokių kaip poliaromatiniai angliavandeniliai, statybai kosmose, kurių naftalenas yra žinomas pavyzdys, nes tai yra pagrindinis kandžių rutulys.
Timmesas sakė: „Mūsų darbas suteikia naujų įžvalgų, kaip užpildyti pageltimo atotrūkį tarp molekulių, turinčių devynis ar mažiau anglies atomų, ir sudėtingų molekulių, tokių kaip C60 buckminsterfullerene, geriau žinomas kaip„ sagtys “.
Šaltiniai:
- Pranešimas spaudai: Tarpžvaigždinės geležies netrūksta, ji tiesiog slepiasi akivaizdoje
- Tyrimo dokumentas: Tarpžvaigždinės terpės geležies pseudokarbinų struktūra, magnetinės savybės ir infraraudonieji spektrai
