Željezo je jedan od najzastupljenijih elemenata u svemiru, zajedno sa lakšim elementima poput vodika, kisika i ugljika. Vani u međuzvezdnom prostoru trebale bi biti obilne količine željeza u plinovitom obliku. Pa zašto, kad astrofizičari gledaju u svemir, vide tako malo toga?
Prije svega, postoji razlog da je željezo tako obilno i vezano je za astrofizičku stvar koja se naziva željezni vrh.
U našem svemiru, nukleosinteza u zvijezdama nastaju elementi osim vodika i helija. (Vodik, helij, te neki litij i berilij stvoreni su u nukleosintezi Velikog praska.) Ali elementi nisu stvoreni u jednakim količinama. Postoji slika koja pomaže da se to prikaže.
Razlog željeznog vrha ima energiju potrebnu za nuklearnu fuziju i za nuklearnu fisiju.
Za elemente lakši od željeza, fuzija s lijeve strane oslobađa energiju i fisija ga troši. Za elemente teže od željeza, s desne strane, vrijedi obrnuto: njegova fuzija koja troši energiju i fisija koja ga oslobađa. To je zbog naziva energije vezanja u atomskoj fizici.
To ima smisla ako mislite na zvijezde i atomsku energiju. Fisiju koristimo za proizvodnju energije u nuklearnim elektranama s uranom, koji je puno teži od željeza. Zvijezde stvaraju energiju fuzijom, koristeći vodik, koji je puno lakši od željeza.
U uobičajenom životu zvijezde, nukleosinteza stvara elemente do željeza i uključuju ih. Ako želite da su elementi teži od željeza, morate pričekati da se dogodi supernova i nastala nukleosinteza supernove. Kako su supernove rijetke, teži elementi su rjeđi od lakih elemenata.
Moguće je provesti izvanredno mnogo vremena prolazeći kroz rupu nuklearne fizike, a ako to učinite, naići ćete na ogromne količine detalja. Ali u osnovi, iz gore navedenih razloga, željezo je u našem Svemiru relativno obilno. Stabilan je i zahtijeva ogromnu količinu energije da bi se željezo moglo pretvoriti u nešto teže.
Zašto to ne možemo vidjeti?
Znamo da željezo u čvrstom obliku postoji u jezgrama i kore planeta poput naše. A znamo i da je to obično u plinovitom obliku u zvijezdama poput Sunca. Ali stvar je u tome što bi on trebao biti uobičajen u međuzvjezdanim sredinama u svom plinovitom obliku, ali to jednostavno ne možemo vidjeti.
Budući da znamo da tamo mora postojati, implikacija je da je umotan u neki drugi postupak ili čvrsti oblik ili molekularno stanje. I iako znanstvenici to traže već desetljećima, i iako bi to trebao biti četvrti najbrojniji element u obrascu obilja Sunca, nisu ga pronašli.
Do sada.
Sada tim kozmokemičara sa Sveučilišta Arizona kaže da su riješili misteriju željeza koje nedostaje. Kažu da se željezo skrivalo pred očima, u kombinaciji s molekulama ugljika u stvarima koje se nazivaju pseudokarbini. A pseudokarbino je teško vidjeti jer su spektri identični drugim molekulama ugljika kojih ima u izobilju.
Tim znanstvenika uključuje glavnu autoricu Pilarasetty Tarakeshwar, izvanrednu profesoricu u ASU-ovoj Školi za molekularne znanosti. Druga dva člana su Peter Buseck i Frank Timmes, obojica u ASU-ovoj školi za istraživanje zemlje i svemira. Njihov rad naslovljen je o strukturi, magnetskim svojstvima i infracrvenom spektru željeznih pseudokarbana u međuzvjezdanom mediju i objavljen je u astrofizičkom časopisu.
"Predlažemo novu klasu molekula koje će vjerojatno biti raširene u međuzvjezdanom mediju", rekao je Tarakeshwar u priopćenju za javnost.
Tim se fokusirao na plinovito željezo i kako se samo nekoliko njegovih atoma može pridružiti ugljikovim atomima. Željezo bi se kombiniralo s ugljikovim lancima, a rezultirajuće molekule sadržavale bi oba elementa.
Oni su također pogledali nedavne dokaze o nakupini atoma željeza u zvjezdanom prahu i meteoritima. Izvan međuzvjezdanog prostora, gdje je izrazito hladno, ovi atomi željeza djeluju poput „jezgara kondenzacije“ za ugljik. Njih bi se držale različite duljine ugljikovih lanaca i taj proces bi proizveo različite molekule od onih proizvedenih plinovitim željezom.
Nismo mogli vidjeti željezo u ovim molekulama, jer se maskiraju u molekule ugljika bez željeza.
U izjavi za medije, Tarakeshwar je rekao: "Izračunali smo kako bi izgledali spektri tih molekula i otkrili smo da imaju spektroskopski potpis gotovo identičan molekulama ugljikovog lanca bez ikakvog željeza." Dodao je da su zbog toga "prethodna astrofizička promatranja mogla previdjeti ove molekule ugljik i željezo."
Buckyballs i mothballs
Ne samo da su pronašli "nestalo" željezo, već su mogli i razriješiti još jednu dugovječnu misteriju: obilje nestabilnih molekula lanca ugljika u svemiru.
Lanci ugljika koji imaju više od devet atoma ugljika nestabilni su. Ali kad znanstvenici gledaju u svemir, pronalaze ugljikove lance s više od devet atoma ugljika. Oduvijek je misterija kako je priroda mogla oblikovati te nestabilne lance.
Kao što se ispostavilo, željezo daje tim ugljikovim lancima svoju stabilnost. "Duži lanci ugljika stabilizirani su dodavanjem gvozdenih grozdova", rekao je Buseck.
I ne samo to, već ovaj nalaz otvara novi put za izgradnju složenijih molekula u svemiru, poput poliaromatskih ugljikovodika, od kojih je naftalen poznat primjer, koji je glavni sastojak mothballs.
Rekao je Timmes, "Naš rad pruža nove uvide u premoštavanju zijevajućeg jaza između molekula koje sadrže devet ili manje ugljikovih atoma i složenih molekula poput C60 buckminsterfullerene, poznatijeg kao" buckyballs "."
Izvori:
- Priopćenje za javnost: Međuzvjezdano željezo ne nedostaje, već se samo skriva pred očima
- Istraživački rad: O strukturi, magnetskim svojstvima i infracrvenim spektrima željeznih pseudokarbana u međuzviježđom mediju
