Гвожђе је један од најбогатијих елемената у Универзуму, заједно са лакшим елементима попут водоника, кисеоника и угљеника. Вани у међузвездном простору треба да постоји обилна количина гвожђа у његовом гасовитом облику. Па зашто, када астрофизичари гледају у свемир, виде тако мало тога?
Пре свега, постоји разлог да је гвожђе тако обиље и повезано је са ствари у астрофизици која се назива гвожђеви врх.
У нашем Универзуму, елементи осим водоника и хелијума, створени су нуклеосинтезом у звездама. (Водоник, хелијум и нешто литијума и берилијума су створени у нуклеосинтези Великог праска.) Али елементи нису створени у једнаким количинама. Постоји слика која вам помаже да се то покаже.
Разлог гвожђа је повезан са енергијом потребном за нуклеарну фузију и за нуклеарну фисију.
За елементе лакши од гвожђа, фузија с његове леве стране ослобађа енергију и фисија га троши. За елементе теже од гвожђа, са десне стране важи обрнуто: фузија која троши енергију и фисија која га ослобађа. То је због оног што се у атомској физици назива енергијом везања.
То има смисла ако мислите на звезде и атомску енергију. Фисију користимо за производњу енергије у нуклеарним електранама са уранијумом, који је много тежи од гвожђа. Звезде стварају енергију фузијом, користећи водоник који је много лакши од гвожђа.
У обичном животу звезде елементи до гвожђа, укључујући и гвожђе, настају нуклеосинтезом. Ако желите да су елементи тежи од гвожђа, морате сачекати да се догоди супернова и настала нуклеосинтеза супернове. Пошто су супернове ретке, тежи елементи су ређи од светлосних.
Могуће је провести изванредно много времена пролазећи кроз рупу нуклеарне физике, а ако то учините, наићи ћете на огромну количину детаља. Али у основи, из горе наведених разлога, гвожђе је у нашем Универзуму релативно обилно. Она је стабилна и захтева јој огромну количину енергије да би се гвожђе ставило у нешто теже.
Зашто то не можемо видети?
Знамо да гвожђе у чврстом облику постоји у језграма и коре планета попут наше. А такође знамо да је то уобичајено у гасовитом облику у звездама попут Сунца. Али ствар је у томе што би то требало бити уобичајено у међузвезданој средини у свом гасовитом облику, али једноставно то не можемо видети.
Будући да знамо да тамо мора бити, импликација је да је умотана у неки други процес или чврсти облик или у молекуларно стање. И иако су научници то тражили деценијама, и иако би то требао бити четврти најпосећенији елемент у обрасцу соларног обиља, нису га пронашли.
До сада.
Сада тим космохемичара са Државног универзитета Аризона каже да су разрешили мистерију гвожђа који недостаје. Кажу да се гвожђе сакрило пред очима, у комбинацији са молекулима угљеника у стварима које се називају псеудокарбини. А псеудокарбинове је тешко видети јер су спектри идентични другим молекулама угљеника који обилују простором.
Тим научника укључује главног аутора Пиларасеттија Таракесхвар-а, ванредног професора у АСУ-овој Школи за молекуларне науке. Друга два члана су Петер Бусецк и Франк Тиммес, обојица у АСУ-овој школи за истраживање земље и свемира. Њихов рад је насловљен „О структури, магнетним својствима и инфрацрвеном спектру жељезних псеудокарбана у међузвездном медијуму“ и објављен је у Астрофизичком часопису.
"Предлажемо нову класу молекула који ће вероватно бити распрострањени у међузвездном медију", рекао је Таракесхвар у саопштењу за јавност.
Тим се фокусирао на гасовито гвожђе и како се само неколико његових атома може придружити атомима угљеника. Гвожђе би се комбиновало са угљеничним ланцима, а резултирајући молекули садржавали би оба елемента.
Они су такође погледали недавне доказе о грозду атома гвожђа у стардусту и метеоритима. Изван међузвезданог простора, где је изузетно хладно, ови атоми гвожђа делују попут „језгара кондензације“ за угљеник. Њих би се држале различите дужине ланаца угљеника и тај процес би произвео различите молекуле од оних произведених гасовитим гвожђем.
Нисмо могли да видимо гвожђе у овим молекулама, јер се маскирају у молекуле угљеника без гвожђа.
У саопштењу за штампу, Таракесхвар је рекао, „израчунали смо како би изгледали спектри ових молекула и открили смо да имају спектроскопски потпис скоро идентичан молекулима у угљеничном ланцу без икаквог гвожђа.“ Додао је да су због тога „претходна астрофизичка запажања могла да превиде ове молекуле угљеник и гвожђе“.
Буцкибаллс и Мотхбаллс
Не само да су пронашли „нестало“ гвожђе, већ су могли да разреше још једну дуговечну мистерију: обиље нестабилних молекула ланца угљеника у свемиру.
Ланци угљеника који имају више од девет атома угљеника нестабилни су. Али када научници погледају у свемир, проналазе ланце угљеника са више од девет атома угљеника. Одувек је била мистерија како је природа успела да формира ове нестабилне ланце.
Како се испоставило, железо даје овим угљенским ланцима своју стабилност. "Дужи ланци угљеника стабилизовани су додавањем гвоздених гроздова", рекао је Бусецк.
И не само то, већ овај налаз отвара нови пут за изградњу сложенијих молекула у свемиру, попут полиароматских угљоводоника, од којих је нафтален познат пример, који је главни састојак мотхбаллс.
Рекао је Тиммес, „Наш рад пружа нове увиде у премоштавању зијевајућих празнина између молекула који садрже девет или мање атома угљеника и сложених молекула као што је Ц60 буцкминстерфуллерене, познатији као„ буцкибаллс “.“
Извори:
- Изјава за штампу: Међузвездано гвожђе не недостаје, већ се само скрива пред очима
- Истраживачки рад: о структури, магнетним својствима и инфрацрвеном спектру жељезних псеудокарбана у међузвездном медијуму
