Залізо є одним із найпоширеніших елементів Всесвіту, поряд із більш легкими елементами, такими як водень, кисень та вуглець. У міжзоряному просторі повинно бути багато заліза в газоподібному вигляді. То чому, коли астрофізик дивиться в космос, вони бачать його так мало?
Перш за все, є причина, що залізо настільки багато, і це пов’язано з річчю в астрофізиці, що називається залізною вершиною.
У нашому Всесвіті інші елементи, крім водню та гелію, створюються шляхом нуклеосинтезу в зірках. (У нуклеосинтезі Великого вибуху були створені водень, гелій та деякі літій та берилій.) Але елементи створені не в рівній кількості. Є зображення, яке допомагає це показати.
Причина пікового заліза пов'язана з енергією, необхідною для ядерного синтезу та ядерного поділу.
Для елементів, легших за залізо, зліва його синтез звільняє енергію, і поділ споживає її. Для елементів, важчих за залізо, праворуч - це зворотній зв'язок: синтез, який споживає енергію, і поділ, що звільняє її. Це тому, що в атомній фізиці називають енергією зв’язку.
Це має сенс, якщо ви думаєте про зірки та атомну енергію. Ми використовуємо поділ для отримання енергії в атомних електростанціях з ураном, який набагато важчий заліза. Зірки створюють енергію синтезом, використовуючи водень, який набагато легше заліза.
У звичайному житті зірки елементи, що містять залізо, включають нуклеосинтез. Якщо ви хочете, щоб елементи важчі, ніж залізо, вам доведеться чекати, коли станеться наднова, і отриманий нуклеосинтез наднової сверхнової. Оскільки наднови рідкісні, важчі елементи рідше, ніж легкі.
Можна витратити надзвичайну кількість часу, спускаючись в ямку кролика ядерної фізики, і якщо ви це зробите, ви зіткнетеся з величезною кількістю деталей. Але в основному з причин, зазначених вище, залізо порівняно багато у нашому Всесвіті. Він стабільний, і йому потрібна величезна кількість енергії, щоб злити залізо в що-небудь важче.
Чому ми не можемо це бачити?
Ми знаємо, що залізо в твердому вигляді існує в ядрах і кірках планет, як у нас. Ми також знаємо, що в газоподібному вигляді це звичайно в таких зірках, як Сонце. Але річ у тому, що вона має бути поширеною в міжзоряному середовищі в її газоподібному вигляді, але ми просто не можемо бачити цього.
Оскільки ми знаємо, що це повинно бути там, наслідком є те, що він перетворений в якийсь інший процес або тверду форму або молекулярний стан. І хоча вчені шукають десятиліттями, і хоча це має бути четвертим найпоширенішим елементом у малюнку сонячного достатку, вони не знайшли його.
До цих пір.
Зараз команда космохіміків Державного університету Арізони каже, що вони розгадали таємницю зниклого заліза. Кажуть, що залізо ховалося просто перед очима, в поєднанні з молекулами вуглецю в речах, званих псевдокарбінами. І псевдокарбіни важко помітити, оскільки спектри ідентичні іншим молекулам вуглецю, які в просторі багато.
Команда вчених включає головного автора Піларасетті Таракешвар, доцента з досліджень Молекулярних наук АСУ. Інші два члени - Пітер Буссек і Френк Тіммес, обидва в Школі досліджень Землі та космосу АСУ. Їх праця має назву «Про будову, магнітні властивості та інфрачервоні спектри залізних псевдокарбінів у міжзоряному середовищі» та опублікована в «Астрофізичному журналі».
"Ми пропонуємо новий клас молекул, які, ймовірно, будуть широко розповсюджені в міжзоряному середовищі", - сказав Таракешвар у прес-релізі.
Команда зосередилась на газоподібному залізі, і тому, як лише кілька атомів його можуть з'єднуватися з атомами вуглецю. Залізо поєднувалося б з вуглецевими ланцюгами, а отримані молекули містили б обидва елементи.
Вони також ознайомилися з недавніми доказами скупчення атомів заліза в зоряному пилу та метеоритах. Ці атоми заліза, розташовані в міжзоряному просторі, де дуже холодно, діють на зразок «ядер конденсації» для вуглецю. Різні довжини вуглецевих ланцюгів дотримувалися б їх, і цей процес давав би різні молекули, ніж ті, що виробляються з газоподібного заліза.
Ми не могли побачити залізо в цих молекулах, тому що вони маскуються як молекули вуглецю без заліза.
У прес-релізі Таракешвар сказав: "Ми обчислили, як виглядатимуть спектри цих молекул, і виявили, що у них спектроскопічні сигнатури майже ідентичні молекулам вуглецевої ланцюга без заліза". Він додав, що через це "попередні астрофізичні спостереження могли пропустити поза увагою ці молекули вуглецю і заліза".
Бакіболи і мотболи
Вони не тільки знайшли «зниклий» залізо, вони, можливо, розгадали ще одну довговічну таємницю: велику кількість нестабільних молекул вуглецевих ланцюгів у просторі.
Вуглецеві ланцюги, які мають більше дев'яти атомів вуглецю, нестабільні. Але коли вчені заглядають у космос, вони знаходять вуглецеві ланцюги з більш ніж дев'ятьма атомами вуглецю. Завжди було загадкою, як природа змогла сформувати ці нестабільні ланцюги.
Як виявляється, саме залізо надає цим вуглецевим ланцюгам свою стійкість. "Більш довгі ланцюги вуглецю стабілізуються додаванням залізних кластерів", - сказав Бусек.
Мало того, але ця знахідка відкриває новий шлях до побудови більш складних молекул у просторі, таких як поліароматичні вуглеводні, з яких нафталін є відомим прикладом, який є головним інгредієнтом мотильних куль.
Сайм Тіммес, "Наша робота надає нову думку про подолання позіхаючого проміжку між молекулами, що містять дев'ять і менше атомів вуглецю, і складними молекулами, такими як C60 buckminsterfullerene, більш відомий як" buckyballs "."
Джерела:
- Прес-реліз: Міжзіркове залізо не відсутнє, воно просто ховається на очах
- Дослідження: Про структуру, магнітні властивості та інфрачервоні спектри залізних псевдокарбінів у міжзоряному середовищі
