Rauta on yksi maailmankaikkein runsaimmista elementeistä kevyempien elementtien, kuten vedyn, hapen ja hiilen, ohella. Tähtienvälisessä tilassa tulisi olla runsaasti rautaa kaasumaisessa muodossaan. Joten miksi he katsovat astrofysiikan tutkiessa avaruuteen niin vähän siitä?
Ensinnäkin on syy siihen, että rautaa on niin runsaasti, ja se liittyy astrofysiikan asiaan, nimeltään rautapiikki.
Universumissamme muita elementtejä kuin vetyä ja heliumia luodaan tähteiden nukleosynteesillä. (Vety, helium ja osa litiumista ja berylliumia luotiin Big Bang -nukleosynteesissä.) Mutta elementtejä ei luoda yhtä suuressa määrin. Siellä on kuva, joka auttaa osoittamaan tämän.
Raudan huipun syy liittyy ydinfuusion ja ydinfission vaadittavaan energiaan.
Rautaa kevyemmille elementeille vasemmalla fuusio vapauttaa energiaa ja fissio kuluttaa sitä. Rautaa raskaampien elementtien oikealla puolella on päinvastainen: fuusio, joka kuluttaa energiaa, ja fissio, joka vapauttaa sen. Se johtuu siitä, mitä atomifysiikassa kutsutaan sitovaksi energiaksi.
Se on järkevää, jos ajattelet tähtiä ja atomienergiaa. Käytämme fissiota energian tuottamiseen ydinvoimalaitoksissa, joissa on uraania, joka on paljon rautaa raskaampaa. Tähdet luovat energiaa fuusion avulla vedyllä, joka on paljon kevyempi kuin rauta.
Tähteen tavallisessa elämässä rautaa sisältävät elementit luodaan nukleosynteesillä. Jos haluat rautaa raskaampia elementtejä, sinun on odotettava supernovan tapahtumista ja siitä johtuvaa supernovan nukleosynteesiä. Koska supernovat ovat harvinaisia, raskaammat elementit ovat harvempia kuin vaaleat elementit.
On mahdollista viettää poikkeuksellisen paljon aikaa ydinfysiikan kaniiniaukon läpi, ja jos teet niin, kohtaat valtavan määrän yksityiskohtia. Mutta pohjimmiltaan yllä olevista syistä rautaa on suhteellisen runsaasti universumissamme. Se on vakaa ja vaatii valtavan määrän energiaa raudan sulatamiseksi kaikkein raskaammaksi.
Miksi emme näe sitä?
Tiedämme, että kiinteässä muodossa olevaa rautaa on omien kaltaisten planeettojen ytimissä ja kuorissa. Ja tiedämme myös, että se on yleinen kaasumaisessa muodossa auringon kaltaisissa tähdissä. Asia on kuitenkin se, että sen pitäisi olla yleinen tähtiä välisissä ympäristöissä sen kaasumaisessa muodossa, mutta emme vain näe sitä.
Koska tiedämme, että sen on oltava siellä, tarkoitetaan, että se on kääritty johonkin muuhun prosessiin tai kiinteään muotoon tai molekyylitilaan. Ja vaikka tutkijat ovat etsineet vuosikymmeniä ja vaikka sen pitäisi olla aurinkoisuuskuvion neljänneksi runsas elementti, he eivät ole löytäneet sitä.
Tähän asti.
Nyt Arizonan osavaltion yliopiston kosmokemisteiden ryhmä sanoo ratkaisevansa puuttuvan raudan mysteerin. He sanovat, että rauta on piiloutunut näkyvissä, yhdessä hiilimolekyylien kanssa asioissa, joita kutsutaan pseudokarbyneiksi. Ja pseudokarbyneja on vaikea nähdä, koska spektrit ovat identtisiä muiden hiilimolekyylien kanssa, joita on runsaasti avaruudessa.
Tutkijaryhmään kuuluu johtava kirjailija Pilarasetty Tarakeshwar, tutkimuksen apulaisprofessori ASU: n molekyylitieteiden koulussa. Kaksi muuta jäsentä ovat Peter Buseck ja Frank Timmes, molemmat ASU: n Maa- ja avarustutkimuksen koulussa. Heidän kirjoituksensa on nimeltään "Interstellar Medium - rautapseudokarbynien rakenteesta, magneettisista ominaisuuksista ja infrapunaspektristä", ja se julkaistaan Astrophysical Journal -lehdessä.
"Ehdotamme uutta luokkaa molekyylejä, jotka ovat todennäköisesti laajalle levinneitä tähtienvälisessä väliaineessa", Tarakeshwar sanoi lehdistötiedotteessa.
Ryhmä keskittyi kaasumaiseen rautaan ja siihen, kuinka vain muutamat sen atomit saattoivat liittyä hiiliatomien kanssa. Rauta yhdistyisi hiiliketjujen kanssa, ja tuloksena olevat molekyylit sisältäisivät molemmat elementit.
He tarkastelivat myös viimeaikaisia todisteita rautaatomien rypäleistä stardustissa ja meteoriiteissa. Tähtienvälisessä tilassa, jossa on erittäin kylmä, nämä rautaatomit toimivat kuin "kondensaatiotytteet" hiilelle. Hiiliketjujen eripituiset pituudet tarttuisivat niihin, ja prosessi tuottaisi erilaisia molekyylejä kuin kaasumaisella raudalla valmistetut.
Emme voineet nähdä rautaa näissä molekyyleissä, koska ne naamioituvat hiilimolekyyleiksi ilman rautaa.
Lehdistötiedotteessa Tarakeshwar sanoi: "Laskemme näiden molekyylien spektrit näyttämään, ja havaitsimme, että niillä on spektroskooppiset allekirjoitukset, jotka ovat lähes identtisiä hiiliketjumolekyyleihin ilman rautaa." Hän lisäsi, että tämän takia "aikaisemmissa astrofyysisissä havainnoissa olisi voinut jättää huomioimatta nämä hiili-plus-rauta-molekyylit."
Buckyballs ja koirapallot
He eivät ole vain löytäneet “puuttuvaa” rautaa, vaan he ovat saattaneet ratkaista toisen pitkäaikaisen mysteerin: epästabiilien hiiliketjun molekyylien runsaus avaruudessa.
Hiiliketjut, joissa on yli yhdeksän hiiliatomia, ovat epävakaita. Mutta kun tutkijat katsovat avaruuteen, he löytävät hiiliketjuja, joissa on yli yhdeksän hiiliatomia. Aina on ollut mysteeri, kuinka luonto pystyi muodostamaan nämä epävakaat ketjut.
Kuten käy ilmi, rauta antaa näille hiiliketjuille niiden vakauden. "Pidemmät hiiliketjut vakautetaan lisäämällä rautaklustereita", Buseck sanoi.
Ei vain, mutta tämä löytö avaa uuden reitin monimutkaisempien molekyylien, kuten polyaromaattisten hiilivetyjen, rakentamiseksi avaruudessa, joista naftaleeni on tuttu esimerkki ja joka on koirapallien pääosa.
Timmes sanoi: "Tehtävämme tarjoaa uusia näkemyksiä hiipimiskuilun sillan täyttämiseksi molekyylien välillä, joissa on yhdeksän tai vähemmän hiiliatomeja, ja monimutkaisten molekyylien, kuten C60 buckminsterfullerene, joka tunnetaan paremmin nimellä" buckyballs "."
Lähteet:
- Lehdistötiedote: Tähtienvälisestä raudasta puuttuu, se piiloutuu vain näkyvään näkymään
- Tutkimusaineisto: Raudan pseudokarbynien rakenteesta, magneettisista ominaisuuksista ja infrapunaspektristä tähtienvälisessä väliaineessa
