Железо является одним из самых распространенных элементов во Вселенной, наряду с более легкими элементами, такими как водород, кислород и углерод. В межзвездном пространстве должно быть большое количество железа в газообразной форме. Так почему же, когда астрофизик смотрит в космос, они так мало его видят?
Прежде всего, есть причина, по которой железо так много, и это связано с тем, что в астрофизике называется железным пиком.
В нашей Вселенной элементы, отличные от водорода и гелия, создаются путем нуклеосинтеза в звездах. (Водород, гелий и некоторые литий и бериллий были созданы в результате нуклеосинтеза Большого взрыва.) Но элементы не созданы в равных количествах. Есть изображение, которое помогает показать это.
Причина пика железа связана с энергией, необходимой для ядерного синтеза и ядерного деления.
Для элементов, более легких, чем железо, слева от него синтез выделяет энергию, а деление поглощает ее. Для элементов, более тяжелых, чем железо, справа верно обратное: его синтез, который потребляет энергию, и деление, которое его высвобождает. Это из-за того, что называется энергией связи в атомной физике.
Это имеет смысл, если вы думаете о звездах и атомной энергии. Мы используем деление для производства энергии на атомных электростанциях с ураном, который намного тяжелее железа. Звезды создают энергию с помощью синтеза, используя водород, который намного легче железа.
В обычной жизни звезды элементы, вплоть до железа, создаются путем нуклеосинтеза. Если вы хотите, чтобы элементы были тяжелее железа, вам нужно дождаться появления сверхновой и результирующего нуклеосинтеза сверхновой. Поскольку сверхновые встречаются редко, более тяжелые элементы встречаются реже, чем легкие.
Можно потратить невероятное количество времени, спускаясь по кроличьей норе ядерной физики, и если вы это сделаете, вы столкнетесь с огромным количеством деталей. Но в основном, по вышеуказанным причинам, железо относительно много в нашей Вселенной. Он стабилен и требует огромного количества энергии для превращения железа во что-то более тяжелое.
Почему мы этого не видим?
Мы знаем, что железо в твердой форме существует в ядрах и корках планет, таких как наша. И мы также знаем, что это часто встречается в газообразной форме у звезд, таких как Солнце. Но дело в том, что в межзвездной среде это должно быть обычным явлением в газообразной форме, но мы просто этого не видим.
Так как мы знаем, что это должно быть там, подразумевается, что оно заключено в какой-то другой процесс или в твердую форму или молекулярное состояние. И хотя ученые искали десятилетия, и хотя он должен быть четвертым по распространенности элементом в структуре солнечного изобилия, они не нашли его.
До настоящего времени.
Теперь команда космохимиков из Университета штата Аризона говорит, что они раскрыли тайну пропавшего железа. Они говорят, что железо прячется на виду, в сочетании с молекулами углерода в вещах, называемых псевдокарбинами. И псевдокарбины сложно увидеть, потому что спектры идентичны другим молекулам углерода, которых много в космосе.
В группу ученых входит ведущий автор Пиларасетти Таракешвар, научный сотрудник в Школе молекулярных наук АГУ. Двое других участников - Питер Бузек и Фрэнк Тиммес, оба в Школе исследования Земли и космоса АГУ. Их статья озаглавлена «О структуре, магнитных свойствах и инфракрасных спектрах псевдокарбинов железа в межзвездной среде» и опубликована в Астрофизическом журнале.
«Мы предлагаем новый класс молекул, которые, вероятно, будут широко распространены в межзвездной среде», - сказал Таракешвар в пресс-релизе.
Команда сосредоточилась на газообразном железе и на том, как только несколько его атомов могут соединиться с атомами углерода. Железо будет соединяться с углеродными цепями, и полученные молекулы будут содержать оба элемента.
Они также рассмотрели недавние свидетельства скопления атомов железа в звездной пыли и метеоритах. В межзвездном пространстве, где очень холодно, эти атомы железа действуют для углерода как «ядра конденсации». Различные длины углеродных цепей будут прилипать к ним, и этот процесс будет производить молекулы, отличные от молекул, полученных с газообразным железом.
Мы не могли видеть железо в этих молекулах, потому что они маскируются как молекулы углерода без железа.
В пресс-релизе Таракешвар сказал: «Мы рассчитали, как будут выглядеть спектры этих молекул, и обнаружили, что они имеют спектроскопические сигнатуры, почти идентичные молекулам с углеродной цепью без железа». Он добавил, что из-за этого «предыдущие астрофизические наблюдения могли пропустить эти молекулы углерод-железо».
Buckyballs и Mothballs
Мало того, что они нашли «недостающее» железо, они, возможно, решили еще одну долгоживущую загадку: обилие нестабильных молекул углеродных цепей в космосе.
Углеродные цепи с более чем девятью атомами углерода нестабильны. Но когда ученые смотрят в космос, они обнаруживают углеродные цепи с более чем девятью атомами углерода. Всегда было загадкой, как природа смогла сформировать эти неустойчивые цепи.
Оказывается, именно железо придает этим углеродным цепям стабильность. «Более длинные углеродные цепи стабилизируются добавлением кластеров железа», - сказал Бузек.
Не только это, но и это открытие открывает новый путь для создания более сложных молекул в космосе, таких как полиароматические углеводороды, из которых нафталин является знакомым примером, являющимся основным ингредиентом нафталиновых шариков.
Тиммс сказал: «Наша работа позволяет по-новому взглянуть на преодоление зияющего разрыва между молекулами, содержащими девять или менее атомов углерода, и сложными молекулами, такими как C60-бакминстерфуллерен, более известный как« бакиболлы »».
Источники:
- Пресс-релиз: межзвездное железо не пропало, оно просто прячется на виду
- Статья: О структуре, магнитных свойствах и инфракрасных спектрах псевдокарбинов железа в межзвездной среде.
