Železo je jedným z najhojnejších prvkov vo vesmíre a ľahšie prvky ako vodík, kyslík a uhlík. V medzihviezdnom priestore by malo byť veľké množstvo železa v jeho plynnej forme. Tak prečo, keď sa astrofyzik pozrie do vesmíru, vidí to tak málo?
Po prvé, existuje dôvod, že železo je také hojné a súvisí s vecou v astrofyzike nazývanou železný vrchol.
V našom vesmíre sú nukleosyntézou v hviezdach tvorené iné prvky ako vodík a hélium. (Vodík, hélium a niektoré lítium a berýlium boli vytvorené v nukleosyntéze Veľkého tresku.) Elementy sa však nevytvorili v rovnakom množstve. Je to obrázok, ktorý vám to pomôže ukázať.
Dôvod pre vrchol železa súvisí s energiou potrebnou na jadrovú fúziu a na jadrové štiepenie.
Pri prvkoch ľahších ako železo fúzia uvoľňuje energiu a štiepenie ju vľavo spotrebúva. Čo sa týka prvkov ťažších ako železo, je pravý pravý opak: fúzia, ktorá spotrebúva energiu, a štiepenie, ktoré ju uvoľňuje. Je to kvôli tomu, čo sa v atómovej fyzike nazýva väzobná energia.
To dáva zmysel, ak uvažujete o hviezdach a atómovej energii. Štiepenie používame na výrobu energie v jadrových elektrárňach s uránom, ktorý je oveľa ťažší ako železo. Hviezdy vytvárajú energiu fúziou, využívajúc vodík, ktorý je omnoho ľahší ako železo.
V bežnom živote hviezdy sú prvky až do železa vrátane vrátane tvorené nukleosyntézou. Ak chcete, aby boli prvky ťažšie ako železo, musíte počkať, kým sa objaví supernova a výsledná nukleosyntéza supernovy. Pretože supernovy sú zriedkavé, ťažšie prvky sú zriedkavejšie ako svetelné prvky.
Je možné stráviť mimoriadny čas zostupom do králičej diery jadrovej fyziky a ak tak urobíte, stretnete sa s obrovským množstvom detailov. Ale v zásade z vyššie uvedených dôvodov je železo v našom vesmíre pomerne hojné. Je stabilný a vyžaduje si obrovské množstvo energie, aby sa železo roztavilo do všetkého ťažšieho.
Prečo to nevidíme?
Vieme, že železo v pevnej forme existuje v jadrách a kôrach planét, ako je tá naša. A tiež vieme, že je to bežné v plynnej forme v hviezdach ako je Slnko. Ide však o to, že by malo byť bežné v medzihviezdnych prostrediach v plynnej podobe, ale my to jednoducho nevidíme.
Pretože vieme, že to musí byť, implikuje to, že je zabalené v nejakom inom procese alebo v tuhej forme alebo v molekulárnom stave. Aj keď vedci hľadajú desiatky rokov, a hoci by to mal byť štvrtý najhojnejší prvok v modeli hojnosti slnečných lúčov, nenašli ho.
Do teraz.
Tím kozmochemikov z Arizonskej štátnej univerzity teraz hovorí, že vyriešili záhadu chýbajúceho železa. Hovorí sa, že železo sa skrývalo v očiach, v kombinácii s molekulami uhlíka vo veciach nazývaných pseudokarbyny. A pseudokarbyny sú zložité vidieť, pretože spektrá sú identické s ostatnými molekulami uhlíka, ktoré sú v priestore hojné.
Medzi vedcov patrí vedúci autor Pilarasetty Tarakeshwar, výskumný docent na škole molekulárnych vied ASU. Ďalšími dvomi členmi sú Peter Buseck a Frank Timmes v škole ASU's Earth Earth and Space Exploration. Ich príspevok je nazvaný „O štruktúre, magnetických vlastnostiach a infračervenom spektre železných pseudokarbynov v medzihviezdnom médiu“ a je uverejnený v Astrofyzikálnom časopise.
"Navrhujeme novú triedu molekúl, ktoré budú pravdepodobne rozšírené v medzihviezdnom médiu," uviedol Tarakeshwar v tlačovej správe.
Tím sa sústredil na plynné železo a na to, ako sa s atómami uhlíka môže spojiť iba niekoľko atómov. Železo by sa kombinovalo s uhlíkovými reťazcami a výsledné molekuly by obsahovali oba prvky.
Pozreli sa aj na nedávne dôkazy zhlukov atómov železa v hviezdach a meteoritoch. V medzihviezdnom priestore, kde je extrémne chlad, tieto atómy železa pôsobia ako uhlík ako „kondenzačné jadrá“. Mali by sa na nich viazať rôzne dĺžky uhlíkových reťazcov a tento proces by produkoval odlišné molekuly ako tie, ktoré sa vyrábajú plynným železom.
V týchto molekulách sme nemohli vidieť železo, pretože sa maskujú ako uhlíkové molekuly bez železa.
V tlačovej správe Tarakeshwar povedal: „Vypočítali sme, ako budú vyzerať spektrá týchto molekúl, a zistili sme, že majú spektroskopické podpisy takmer identické s molekulami uhlíkového reťazca bez obsahu železa.“ Dodal, že z tohto dôvodu „Predchádzajúce astrofyzikálne pozorovania mohli prehliadnuť tieto molekuly uhlíka a železa.“
Buckyballs and Mothballs
Nielen, že našli „chýbajúce“ železo, mohli vyriešiť ďalšie dlhotrvajúce tajomstvo: množstvo nestabilných molekúl uhlíkového reťazca vo vesmíre.
Uhlíkové reťazce, ktoré majú viac ako deväť atómov uhlíka, sú nestabilné. Keď sa však vedci pozerajú do vesmíru, nájdu uhlíkové reťazce s viac ako deviatimi atómami uhlíka. Vždy bolo záhadou, ako si príroda dokázala vytvoriť tieto nestabilné reťazce.
Ako sa ukazuje, je to železo, ktoré dodáva týmto uhlíkovým reťazcom stabilitu. „Dlhšie uhlíkové reťazce sú stabilizované pridaním železných zhlukov,“ uviedol Buseck.
Nielen to, ale toto zistenie otvára novú cestu pre budovanie zložitejších molekúl v priestore, ako sú napríklad polyaromatické uhľovodíky, ktorých naftalén je známym príkladom, ktorý je hlavnou zložkou mothballs.
Timmes, „Naša práca poskytuje nové pohľady na premostenie zívajúcej medzery medzi molekulami obsahujúcimi deväť alebo menej atómov uhlíka a komplexnými molekulami, ako je C60 buckminsterfullerene, lepšie známy ako„ buckyballs “.“ “
Zdroj:
- Tlačová správa: Medzihviezdna žehlička nechýba, len sa skrýva v očiach
- Výskumná práca: Štruktúra, magnetické vlastnosti a infračervené spektrum železných pseudokarbynov v medzihviezdnom médiu
