Raud on universumi üks rikkalikumaid elemente koos kergemate elementidega nagu vesinik, hapnik ja süsinik. Tähtedevahelises ruumis peaks gaasilises vormis olema rohkesti rauda. Miks nad siis, kui astrofüüsikud kosmosesse vaatavad, näevad seda nii vähe?
Esiteks on põhjuseks, et rauda on nii palju ja see on seotud astrofüüsika asjaga, mida nimetatakse raua tipuks.
Meie universumis tekivad tähtedes nukleosünteesi teel muud elemendid peale vesiniku ja heeliumi. (Vesinik, heelium ja mõned liitium ja berüllium loodi Suure Paugu nukleosünteesis.) Kuid elemente ei looda võrdsetes kogustes. Selle kuvamiseks on pilt.
Raua tipu põhjus on seotud tuumasünteesiks ja tuuma lõhustumiseks vajaliku energiaga.
Rauast kergemate elementide jaoks vabastab termotuumasüntees vasakul energia ja lõhustumine kulutab seda. Rauast raskemate elementide puhul on paremal pool vastupidine: selle termotuumasüntees, mis tarbib energiat, ja lõhustumisega, mis seda vabastab. Selle põhjuseks on nn aatomifüüsikas siduva energia saamine.
See on mõttekas, kui mõelda tähtedele ja aatomienergiale. Tuumaelektrijaamades energia tootmiseks kasutame lõhustumist uraaniga, mis on palju raskem kui raud. Tähed loovad termotuumasünteesi abil energiat, kasutades vesinikku, mis on rauast palju kergem.
Tähe tavaelus luuakse kuni rauda hõlmavad elemendid nukleosünteesi teel. Kui soovite rauda raskemaid elemente, peate ootama supernoova toimumist ja sellest tulenevat supernoova nukleosünteesi. Kuna supernoovad on haruldased, on raskemad elemendid harvemad kui kerged elemendid.
Tuumafüüsika küülikuaugust mööda on võimalik kulutada erakordselt palju aega, ja kui te seda teete, näete tohutult palju detaile. Kuid põhimõtteliselt on ülaltoodud põhjustel rauda meie Universumis suhteliselt palju. See on stabiilne ja raua sulatamiseks millekski raskemaks on vaja tohutult energiat.
Miks me ei näe seda?
Me teame, et tahkel kujul olev raud eksisteerib meie endi moodi planeetide südamikes ja koorikutes. Ja me teame ka, et gaasiliste kujul on see tavaline selliste tähtedega nagu Päike. Kuid asi on selles, et see peaks tähtedevahelises keskkonnas olema gaasilises vormis tavaline, kuid me lihtsalt ei näe seda.
Kuna me teame, et see peab seal olema, tähendab see, et see on mähitud mõnda muusse protsessi või tahkes vormis või molekulaarsesse olekusse. Ja kuigi teadlased on otsinud aastakümneid ja ehkki see peaks olema päikese arvukuse mustri neljandal kohal, pole nad seda leidnud.
Kuni praeguseni.
Nüüd väidavad Arizona osariigi ülikooli kosmoseemikute meeskond, et nad on kadunud raua saladuse lahendanud. Nad ütlevad, et raud on peidus silmanägemisel koos süsiniku molekulidega asjades, mida nimetatakse pseudokarbüünideks. Ja pseudokarbüüne on keeruline vaadata, kuna spektrid on identsed teiste süsiniku molekulidega, mida kosmoses on palju.
Teadlaste meeskonda kuulub juhtiv autor Pilarasetty Tarakeshwar, ASU Molekulaarteaduste kooli teadusuuringute dotsent. Kaks ülejäänud liiget on Peter Buseck ja Frank Timmes, mõlemad ASU Maa- ja Kosmoseuuringute Koolis. Nende ettekanne kannab pealkirja “Interstellaarses meediumis olevate rauapseudokarbüünide struktuurist, magnetilistest omadustest ja infrapunaspektrist” ja see avaldatakse ajakirjas Astrophysical Journal.
"Me pakume välja uue molekulide klassi, mis on tõenäoliselt tähtedevahelises keskkonnas laialt levinud," ütles Tarakeshwar pressiteates.
Meeskond keskendus gaasilisele rauale ja sellele, kuidas ainult mõned selle aatomid võivad süsinikuaatomitega ühineda. Raud ühendaks süsinikuahelatega ja saadud molekulid sisaldaks mõlemat elementi.
Samuti uuriti hiljutisi tõendeid rauaaatomite klastri moodustamisest stardust ja meteoriitidest. Tähtedevahelises ruumis, kus on äärmiselt külm, toimivad need rauaaatomid süsiniku moodustamiseks nagu kondensatsioonituumad. Erineva pikkusega süsinikuahelad kleepuksid nende külge ja see protsess annaks teistsuguseid molekule kui gaasilise rauaga toodetud.
Nendes molekulides me rauda ei näinud, sest need maskeeruvad ilma rauata süsinikmolekulidena.
Tarakeshwar ütles oma pressiteates: "Arvutasime välja, millised nende molekulide spektrid välja näevad, ja leidsime, et neil on spektroskoopilised signatuurid, mis on peaaegu identsed süsinikahela molekulidega, millel pole rauda." Ta lisas, et selle tõttu oleks "varasemates astrofüüsikalistes vaatlustes võinud need süsiniku ja raua molekulid tähelepanuta jätta."
Pukkpallid ja koibipallid
Nad pole mitte ainult leidnud „puuduvat“ rauda, vaid nad võivad lahendada veel ühe kauakestva mõistatuse: ebastabiilsete süsinikuahela molekulide rohkuse kosmoses.
Süsinikuahelad, milles on üle üheksa süsinikuaatomit, on ebastabiilsed. Kuid kui teadlased kosmosesse vaatavad, leiavad nad rohkem kui üheksa süsinikuaatomiga süsinikuahelaid. See, kuidas loodus suutis need ebastabiilsed ahelad moodustada, on alati olnud mõistatus.
Nagu selgub, annab raud nendele süsinikuahelatele stabiilsuse. "Pikemad süsinikuahelad stabiliseeritakse raudklastrite lisamisega," ütles Buseck.
Mitte ainult, vaid see avastus avab uue tee keerukamate molekulide, näiteks polüaromaatsete süsivesinike, ehitamiseks kosmoses, millest naftaleen on tuttav näide ja mis on koepallide peamine koostisosa.
Timmes ütles: "Meie töö pakub uusi teadmisi üheksa või vähem süsinikuaatomit sisaldavate molekulide ja keerukate molekulide, näiteks C60 buckminsterfullerene, mis on paremini tuntud kui" buckyballs ", vahelise lõhe ületamiseks."
Allikad:
- Pressiteade: tähtedevahelisest rauast ei puudu, see on lihtsalt peidus lihtsas silmis
- Uurimistöö: rauavaheliste pseudokarbüünide struktuuri, magnetiliste omaduste ja infrapunaspektri kohta tähtedevahelises keskkonnas
