Železo je eden najbolj obilnih elementov v vesolju, skupaj z lažjimi elementi, kot so vodik, kisik in ogljik. Zunaj medzvezdnega prostora naj bi bilo v številnih količinah železa v plinasti obliki. Zakaj torej astrofiziki gledajo v vesolje tako malo tega vidijo?
Najprej je razlog, da je železo tako veliko, in je povezano s stvarjo v astrofiziki, imenovano železni vrh.
V našem vesolju z nukleosintezo v zvezdah ustvarjajo druge elemente razen vodika in helija. (V nukleosinteti Velikega poka so bili ustvarjeni vodik, helij ter nekaj litija in berilija.) Toda elementi niso ustvarjeni v enakih količinah. Obstaja slika, ki pomaga prikazati to.
Razlog za železni vrh je povezan z energijo, potrebno za jedrsko fuzijo in za jedrsko cepitev.
Elementi, lažji od železa, z leve fuzije sproščajo energijo in cepitev jo porabijo. Za elemente, težje od železa, na desni strani velja obratno: njegova fuzija, ki porablja energijo, in cepitev, ki jo sprošča. To je zaradi tega, kar v atomski fiziki imenujemo vezavna energija.
To je smiselno, če pomislite na zvezde in atomsko energijo. Fisijo uporabljamo za pridobivanje energije v jedrskih elektrarnah z uranom, ki je veliko težji od železa. Zvezde ustvarjajo energijo s fuzijo, z uporabo vodika, ki je veliko lažji od železa.
V običajnem življenju zvezde elementi, ki vsebujejo železo, vključujejo nukleosintezo. Če želite, da so elementi težji od železa, morate počakati, da se zgodi supernova, in nastala nukleosinteza supernove. Ker so supernove redke, so težji elementi redkejši od lahkih.
Mogoče boste porabili izjemno veliko časa, ko se boste spuščali po zajčji jedrski fiziki, in če boste, boste naleteli na ogromno podrobnosti. Toda v bistvu je iz zgornjih razlogov železo v našem vesolju razmeroma veliko. Je stabilen in potrebuje ogromno energije, da se železo zlije v kaj težjega.
Zakaj tega ne moremo videti?
Vemo, da železo v trdni obliki obstaja v jedrih in skorjah planetov, kot je naše. Prav tako vemo, da je v zvezdah, kot je Sonce, v plinasti obliki. Stvar je v tem, da bi morala biti v medzvezdnem okolju pogosta v plinasti obliki, vendar je preprosto ne vidimo.
Ker vemo, da mora biti tam, je posledica, da je zavit v kak drug postopek ali trdno obliko ali molekularno stanje. In čeprav znanstveniki to iščejo že desetletja, in čeprav naj bi bil četrti najpogostejši element vzorca sončne številčnosti, ga niso našli.
Do zdaj.
Zdaj ekipa kozmokemikov z univerze Arizona State pravi, da so razrešili skrivnost manjkajočega železa. Pravijo, da se je železo skrivalo pred očmi, v kombinaciji z molekulami ogljika v stvareh, imenovanih psevdokarbini. In psevdokarbino je težko videti, saj so spektri identični drugim ogljikovim molekulam, ki jih je v prostoru veliko.
V ekipo znanstvenikov je vodilni avtor Pilarasetty Tarakeshwar, izredni profesor na ASU-jevi šoli za molekularne vede. Druga dva člana sta Peter Buseck in Frank Timmes, oba v ASU-jevi šoli za raziskovanje zemlje in vesolja. Njihov prispevek je naslovljen o strukturi, magnetnih lastnostih in infrardečih spektrih železovih psevdokarbinov v medzvezdnem mediju in je objavljen v astrofizični reviji.
"Predlagamo nov razred molekul, ki bodo verjetno razširjene v medzvezdnem mediju," je dejal Tarakeshwar v sporočilu za javnost.
Skupina se je osredotočila na plinasto železo in kako se lahko le nekaj atomov tega spoji z ogljikovimi atomi. Železo bi se združilo z ogljikovimi verigami, nastale molekule pa bi vsebovale oba elementa.
Ogledali so si tudi nedavne dokaze o grozdu atomov železa v zvezdastem prahu in meteoritih. Ti atomi železa zunaj medzvezdnega prostora, kjer je zelo hladno, delujejo nekako kot "kondenzacijska jedra" za ogljik. Na njih bi se držale različne dolžine ogljikovih verig in pri tem postopku bi nastale drugačne molekule od tistih, ki nastajajo s plinastim železom.
Železa v teh molekulah nismo videli, ker se maskirajo kot molekule ogljika brez železa.
Tarakeshwar je v izjavi za javnost dejal: "Izračunali smo, kako naj bi izgledali spektri teh molekul, in ugotovili smo, da imajo spektroskopski znaki skoraj identične molekule ogljikove verige brez železa." Dodal je, da so zaradi tega "prejšnja astrofizična opazovanja lahko spregledala te molekule ogljik in železo."
Buckyballs in mothballs
Ne le, da so našli »manjkajoče« železo, morda so razrešili še eno dolgo življenjsko skrivnost: obilje nestabilnih molekul ogljikove verige v vesolju.
Ogljikove verige z več kot devetimi atomi ogljika so nestabilne. Ko pa znanstveniki pogledajo v vesolje, najdejo ogljikove verige z več kot devetimi ogljikovimi atomi. Vedno je bila skrivnost, kako je narava lahko oblikovala te nestabilne verige.
Kot kaže, železo daje ogljikovim verigam stabilnost. "Daljše ogljikove verige se stabilizirajo z dodajanjem grozdnih grozdov," je dejal Buseck.
Ne le to, ampak ta ugotovitev odpira novo pot za gradnjo bolj zapletenih molekul v vesolju, kot so poliaromatski ogljikovodiki, od katerih je naftalen znan primer, ki je glavna sestavina mothballs.
Rekel je Timmes, "Naše delo ponuja nove vpoglede v premoščanje zevajoče vrzeli med molekulami, ki vsebujejo devet ali manj ogljikovih atomov, in kompleksnimi molekuli, kot je C60 buckminsterfullerene, bolj znano kot" buckyballs. "
Viri:
- Sporočilo za javnost: medzvezdnega železa ne manjka, temveč se skriva pred očmi
- Raziskovalni članek: O strukturi, magnetnih lastnostih in infrardečih spektrih železovih psevdokarbinov v medzvezdnem mediju
