Dzelzs ir viens no visbagātākajiem elementiem Visumā kopā ar tādiem vieglākiem elementiem kā ūdeņradis, skābeklis un ogleklis. Starpzvaigžņu telpā vajadzētu būt bagātīgiem dzelzs daudzumiem gāzveida formā. Tad kāpēc, kad astrofiziķi raugās kosmosā, viņi to redz tik maz?
Pirmkārt, ir iemesls, ka dzelzs ir tik daudz, ka tas ir saistīts ar lietu astrofizikā, ko sauc par dzelzs virsotni.
Mūsu Visumā zvaigznes, izņemot ūdeņradi un hēliju, veido nukleosintēzes veidā zvaigznēs. (Ūdeņradis, hēlijs un daži litija un berilija tika izveidoti Lielā sprādziena nukleosintēzē.) Bet elementi nav izveidoti vienādos daudzumos. Ir attēls, kas palīdz to parādīt.
Dzelzs virsotnes cēlonis ir saistīts ar enerģiju, kas nepieciešama kodolsintēzei un kodola skaldīšanai.
Elementiem, kas ir vieglāki par dzelzi, kreisajā pusē saplūšana atbrīvo enerģiju, un skaldīšana to patērē. Elementiem, kas ir smagāki par dzelzi, labajā pusē ir otrādi: tā saplūšana, kas patērē enerģiju, un sabrukšana, kas to atbrīvo. Tas notiek tā saucamās saistošās enerģijas dēļ atomu fizikā.
Tam ir jēga, ja domājat par zvaigznēm un atomu enerģiju. Mēs izmantojam skaldīšanu, lai enerģiju ģenerētu atomelektrostacijās ar urānu, kas ir daudz smagāks par dzelzi. Zvaigznes rada enerģiju ar saplūšanu, izmantojot ūdeņradi, kas ir daudz vieglāks par dzelzi.
Zvaigznes parastajā dzīvē elementus līdz dzelzim ieskaitot, veido nukleosintēze. Ja vēlaties, lai elementi būtu smagāki par dzelzi, jums jāgaida supernovas rašanās un no tās izrietošā supernovas nukleosintēze. Tā kā supernovas ir reti sastopamas, smagākie elementi ir retāki nekā gaismas elementi.
Ir iespējams pavadīt ārkārtīgi daudz laika, izejot no kodolfizikas truša cauruma, un, ja jūs to darīsit, jūs sagaidīsit ārkārtīgi daudz detaļu. Bet pamatā iepriekšminēto iemeslu dēļ dzelzs ir diezgan daudz mūsu Visumā. Tas ir stabils un prasa milzīgu enerģijas daudzumu, lai sakausētu dzelzi uz kaut ko smagāku.
Kāpēc mēs to nevaram redzēt?
Mēs zinām, ka dzelzs cietā formā pastāv tādu planētu kodolos un garozās kā mūsu pašu. Un mēs arī zinām, ka gāzveida formā tā ir izplatīta tādās zvaigznēs kā Saule. Bet lieta ir tāda, ka tai jābūt izplatītai starpzvaigžņu vidē tā gāzveida formā, bet mēs to vienkārši neredzam.
Tā kā mēs zinām, ka tam tur ir jābūt, tas nozīmē, ka tas ir iesaiņots kādā citā procesā vai cietā formā, vai molekulārā stāvoklī. Un, kaut arī zinātnieki ir meklējuši gadu desmitiem ilgi, un kaut arī tam vajadzētu būt ceturtajam visbagātākajam elementam saules pārpilnības modelī, viņi to nav atraduši.
Līdz šim brīdim.
Tagad Arizonas štata universitātes kosmokemiķu komanda saka, ka viņi ir atrisinājuši trūkstošā dzelzs noslēpumu. Viņi saka, ka dzelzs slēpjas redzamā vietā, apvienojumā ar oglekļa molekulām lietās, ko sauc par pseidokarbīniem. Un pseidokarbīnus ir sarežģīti redzēt, jo spektri ir identiski citām oglekļa molekulām, kuras ir bagātīgas kosmosā.
Zinātnieku komandā ir galvenā autore Pilarasetty Tarakeshwar, ASU Molekulāro zinātņu skolas asociētā profesore. Pārējie divi dalībnieki ir Pīters Buseks un Frenks Timmess, abi ASU Zemes un kosmosa izpētes skolā. Viņu darba nosaukums ir “Dzelzs pseidokarbīnu struktūras, magnētiskās īpašības un infrasarkanais spektrs starpzvaigžņu vidē”, un tas tiek publicēts Astrophysical Journal.
"Mēs ierosinām jaunu molekulu klasi, kas, iespējams, ir plaši izplatīta starpzvaigžņu vidē," paziņojumā presei sacīja Tarakeshwar.
Komanda koncentrējās uz gāzveida dzelzi un to, kā tikai daži tā atomi varētu pievienoties oglekļa atomiem. Dzelzs apvienotos ar oglekļa ķēdēm, un iegūtajās molekulās būtu abi elementi.
Viņi apskatīja arī nesenos pierādījumus par dzelzs atomu kopu veidošanos stardust un meteorītos. Starpzvaigžņu telpā, kur ir ārkārtīgi auksts, šie dzelzs atomi darbojas kā oglekļa “kondensācijas kodoli”. Viņiem pielīp dažāda garuma oglekļa ķēdes, un šajā procesā tiks iegūtas atšķirīgas molekulas nekā tās, kas ražotas ar gāzveida dzelzi.
Šajās molekulās mēs nevarējām redzēt dzelzi, jo tās maskējas kā oglekļa molekulas bez dzelzs.
Preses paziņojumā Tarakeshwar sacīja: "Mēs aprēķinājām, kā izskatīsies šo molekulu spektri, un mēs noskaidrojām, ka tām ir spektroskopiskas pazīmes, kas ir gandrīz identiskas oglekļa ķēdes molekulām bez dzelzs." Viņš piebilda, ka tāpēc "iepriekšējos astrofiziskos novērojumos varēja neņemt vērā šīs oglekļa un dzelzs molekulas."
Buķbumbas un kodeļbumbas
Viņi ne tikai ir atraduši “trūkstošo” dzelzi, bet, iespējams, ir atrisinājuši vēl vienu ilgstošu noslēpumu: nestabilu oglekļa ķēdes molekulu izplatību kosmosā.
Oglekļa ķēdes, kurās ir vairāk nekā deviņi oglekļa atomi, ir nestabilas. Bet, kad zinātnieki raugās kosmosā, viņi atrod oglekļa ķēdes ar vairāk nekā deviņiem oglekļa atomiem. Vienmēr ir bijis noslēpums, kā daba spēja veidot šīs nestabilās ķēdes.
Kā izrādās, tieši dzelzs piešķir šīm oglekļa ķēdēm to stabilitāti. "Garākas oglekļa ķēdes tiek stabilizētas, pievienojot dzelzs kopas," sacīja Buseck.
Ne tikai tas, bet arī šis atradums paver jaunu ceļu sarežģītāku molekulu, piemēram, poliaromātisko ogļūdeņražu, veidošanai kosmosā, no kuriem naftalīns ir pazīstams piemērs, jo tas ir galvenā sastāvdaļa kandžās.
Timmerss sacīja: "Mūsu darbs sniedz jaunu ieskatu žāvājošās plaisas mazināšanā starp molekulām, kas satur deviņus vai mazāk oglekļa atomus, un sarežģītām molekulām, piemēram, C60 buckminsterfullerene, labāk pazīstamām kā" sprādzienbumbas "."
Avoti:
- Paziņojums presei: Starpzvaigžņu dzelzs netrūkst, tas vienkārši slēpjas redzamā vietā
- Pētījuma darbs par dzelzs pseidokarbīnu struktūru, magnētiskajām īpašībām un infrasarkano staru spektru starpzvaigžņu vidē
