Желязото е един от най-разпространените елементи във Вселената, заедно с по-леките елементи като водород, кислород и въглерод. Вън в междузвездното пространство трябва да има изобилни количества желязо в газообразната му форма. Така че защо, когато астрофизикът гледа в космоса, те виждат толкова малко от него?
На първо място, има причина, че желязото е толкова изобилно и е свързано с нещо в астрофизиката, наречено железен връх.
Във Вселената ни елементи, различни от водород и хелий, се създават чрез нуклеосинтеза в звезди. (Водород, хелий и някои литий и берилий са създадени в нуклеосинтезата на Големия взрив.) Но елементите не са създадени в равни количества. Има изображение, което помага да се покаже това.
Причината за пика на желязото е свързана с енергията, необходима за ядрен синтез и за ядрен делене.
За елементите, по-леки от желязото, отляво, синтезът освобождава енергия и деленето я изразходва. За елементи, по-тежки от желязото, от дясната му страна е вярно обратното: неговият синтез, който консумира енергия, и деленето, което го освобождава. Това е поради това, което се нарича свързваща енергия в атомната физика.
Това има смисъл, ако мислите за звезди и атомна енергия. Ние използваме деленето за генериране на енергия в ядрените централи с уран, който е много по-тежък от желязото. Звездите създават енергия с синтез, използвайки водород, който е много по-лек от желязото.
В обикновения живот на звездата елементи до и включително желязо се създават чрез нуклеосинтеза. Ако искате елементи по-тежки от желязото, трябва да изчакате да се случи свръхнова и за получената в резултат нуклеосинтеза на свръхнова. Тъй като свръхновите са рядкост, по-тежките елементи са по-редки от леките елементи.
Възможно е да прекарате изключително много време, като се спускате в ядрената дупка на заешката физика и ако го направите, ще срещнете огромно количество детайли. Но в общи линии по гореописаните причини желязото е относително изобилно в нашата Вселена. Той е стабилен и изисква огромно количество енергия, за да се стопи желязото във всичко по-тежко.
Защо не можем да го видим?
Знаем, че желязото в твърда форма съществува в сърцевините и коричките на планетите като нашата собствена. Също така знаем, че тя е често срещана в газообразна форма в звезди като Слънцето. Работата е там, че тя трябва да бъде често срещана в междузвездната среда в газообразната й форма, но просто не можем да я видим.
Тъй като знаем, че трябва да е там, последицата е, че е обвита в някакъв друг процес или твърда форма или молекулярно състояние. И въпреки че учените търсят от десетилетия и въпреки че това трябва да е четвъртият най-разпространен елемент в модела на слънчевото изобилие, те не са го открили.
Досега.
Сега екип от космохимици от Аризонския държавен университет казват, че са разгадали тайната на липсващото желязо. Казват, че желязото се е скрило пред очите, в комбинация с въглеродни молекули в неща, наречени псевдокарбини. А псевдокарбините е трудно да се видят, тъй като спектрите са идентични с другите въглеродни молекули, които са в изобилие в пространството.
Екипът от учени включва водещия автор Пиларасетти Таракешвар, доцент по научноизследователска работа в Школата на молекулярните науки на АСУ. Другите двама членове са Питър Бусек и Франк Тимес, двамата в училището за изследване на Земята и Космоса на АСУ. Документът им е озаглавен „За структурата, магнитните свойства и инфрачервените спектри на железните псевдокарбини в междузвездната среда“ и е публикуван в Astrophysical Journal.
„Предлагаме нов клас молекули, които вероятно ще бъдат широко разпространени в междузвездната среда“, казва Таракешвар в съобщение за пресата.
Екипът се съсредоточи върху газообразното желязо и как само няколко атома от него могат да се съединят с въглеродни атоми. Желязото би се комбинирало с въглеродните вериги и получените молекули биха съдържали и двата елемента.
Те също разгледаха скорошни доказателства за струпване на железни атоми в звезден прах и метеорити. Отвън в междузвездното пространство, където е изключително студено, тези железни атоми действат като „кондензационни ядра“ за въглерод. Различните дължини на въглеродните вериги биха се придържали към тях и този процес би произвел различни молекули от тези, произведени с газообразно желязо.
Не бихме могли да видим желязото в тези молекули, защото те се маскират като въглеродни молекули без желязо.
В съобщение за печата Таракешвар казва: „Изчислихме как ще изглеждат спектрите на тези молекули и установихме, че те имат спектроскопични сигнали, почти идентични на молекулите с въглеродна верига, без никакво желязо.“ Той добави, че поради това "предишните астрофизични наблюдения биха могли да пренебрегнат тези молекули въглерод плюс желязо."
Buckyballs и Mothballs
Не само, че са намерили „липсващото“ желязо, те може би са разгадали друга дълголетна мистерия: изобилието от нестабилни молекули на въглеродна верига в космоса.
Въглеродните вериги, които имат повече от девет въглеродни атома, са нестабилни. Но когато учените погледнат в космоса, те откриват въглеродни вериги с повече от девет въглеродни атома. Винаги е било загадка как природата е била в състояние да формира тези нестабилни вериги.
Както се оказва, именно желязото дава на тези въглеродни вериги тяхната стабилност. „По-дългите въглеродни вериги се стабилизират чрез добавяне на железни клъстери“, казва Бусек.
Не само това, но това откритие отваря нов път за изграждане на по-сложни молекули в космоса, като полиароматни въглеводороди, от които нафталинът е познат пример, като основната съставка в мотоболите.
Саид Тимс, „Нашата работа предоставя нови поглед върху преодоляването на прозяващата празнина между молекули, съдържащи девет или по-малко въглеродни атоми, и сложни молекули като C60 buckminsterfullerene, по-известна като„ buckyballs “.“
Източници:
- Прессъобщение: Междузвездното желязо не липсва, а просто се крие пред очите
- Документ за изследване: за структурата, магнитните свойства и инфрачервените спектри на железните псевдокарбини в междузвездната среда
