Ο σίδηρος είναι ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία του Σύμπαντος, μαζί με ελαφρύτερα στοιχεία όπως το υδρογόνο, το οξυγόνο και ο άνθρακας. Στο διαστρικό διάστημα, θα πρέπει να υπάρχουν άφθονες ποσότητες σιδήρου στην αέρια μορφή του. Γιατί λοιπόν, όταν ο αστροφυσικός κοιτάζει στο διάστημα, το βλέπει τόσο λίγο;
Πρώτα απ 'όλα, υπάρχει ένας λόγος ότι ο σίδηρος είναι τόσο άφθονος και σχετίζεται με ένα πράγμα στην αστροφυσική που ονομάζεται κορυφή σιδήρου.
Στο Σύμπαν μας, άλλα στοιχεία εκτός από το υδρογόνο και το ήλιο δημιουργούνται από την πυρηνοσύνθεση στα αστέρια. (Το υδρογόνο, το ήλιο, και λίγο λίθιο και βηρύλλιο δημιουργήθηκαν στη νουκλεοσύνθεση Big Bang.) Αλλά τα στοιχεία δεν δημιουργούνται σε ίσες ποσότητες. Υπάρχει μια εικόνα που σας βοηθά να το δείξετε.
Ο λόγος για την κορυφή του σιδήρου σχετίζεται με την ενέργεια που απαιτείται για την πυρηνική σύντηξη και για την πυρηνική σχάση.
Για τα στοιχεία ελαφρύτερα από το σίδηρο, στα αριστερά του, η σύντηξη απελευθερώνει ενέργεια και η σχάση την καταναλώνει. Για στοιχεία βαρύτερα από το σίδηρο, στα δεξιά του, ισχύει το αντίστροφο: η σύντηξη που καταναλώνει ενέργεια και η σχάση που την απελευθερώνει. Είναι λόγω αυτού που ονομάζεται δεσμευτική ενέργεια στην ατομική φυσική.
Αυτό έχει νόημα αν σκεφτείτε αστέρια και ατομική ενέργεια. Χρησιμοποιούμε σχάση για την παραγωγή ενέργειας σε πυρηνικούς σταθμούς με ουράνιο, το οποίο είναι πολύ βαρύτερο από το σίδηρο. Τα αστέρια δημιουργούν ενέργεια με σύντηξη, χρησιμοποιώντας υδρογόνο, το οποίο είναι πολύ ελαφρύτερο από το σίδηρο.
Στη συνηθισμένη ζωή ενός αστεριού, στοιχεία μέχρι και συμπεριλαμβανομένου του σιδήρου δημιουργούνται από την πυρηνοσύνθεση. Εάν θέλετε στοιχεία βαρύτερα από τον σίδηρο, πρέπει να περιμένετε να συμβεί ένα σουπερνόβα και την προκύπτουσα πυρήνα της υπερκαινοφανούς σύνθεσης. Δεδομένου ότι οι υπερκαινοφανείς είναι σπάνιες, τα βαρύτερα στοιχεία είναι πιο σπάνια από τα ελαφριά στοιχεία.
Είναι δυνατόν να ξοδέψετε ένα εξαιρετικό χρόνο για να κατεβείτε την τρύπα του κουνελιού της πυρηνικής φυσικής και αν το κάνετε, θα συναντήσετε τεράστια λεπτομέρεια. Αλλά βασικά, για τους παραπάνω λόγους, ο σίδηρος είναι σχετικά άφθονος στο Σύμπαν μας. Είναι σταθερό και απαιτεί τεράστια ποσότητα ενέργειας για τη σύντηξη του σιδήρου σε οτιδήποτε βαρύτερο.
Γιατί δεν μπορούμε να το δούμε;
Γνωρίζουμε ότι ο σίδηρος σε στερεή μορφή υπάρχει στους πυρήνες και τις κρούστες πλανητών όπως ο δικός μας. Και γνωρίζουμε επίσης ότι είναι κοινό σε αέρια μορφή σε αστέρια όπως ο Ήλιος. Αλλά το θέμα είναι ότι θα πρέπει να είναι κοινό σε διαστρικά περιβάλλοντα με αέρια μορφή, αλλά απλά δεν μπορούμε να το δούμε.
Δεδομένου ότι γνωρίζουμε ότι πρέπει να είναι εκεί, το αποτέλεσμα είναι ότι είναι τυλιγμένο σε κάποια άλλη διαδικασία ή στερεή μορφή ή μοριακή κατάσταση. Και παρόλο που οι επιστήμονες αναζητούν δεκαετίες, και παρόλο που πρέπει να είναι το τέταρτο πιο άφθονο στοιχείο στο σχέδιο ηλιακής αφθονίας, δεν το βρήκαν.
Μέχρι τώρα.
Τώρα μια ομάδα κοσμοχημικών από το κρατικό πανεπιστήμιο της Αριζόνα λένε ότι έχουν λύσει το μυστήριο του χαμένου σιδήρου. Λένε ότι ο σίδηρος κρύβεται σε καθαρή όραση, σε συνδυασμό με μόρια άνθρακα σε πράγματα που ονομάζονται ψευδοκαρμπίνες. Και οι ψευδοκαρμπίνες είναι δύσκολο να δουν γιατί τα φάσματα είναι πανομοιότυπα με άλλα μόρια άνθρακα που είναι άφθονα στο διάστημα.
Η ομάδα των επιστημόνων περιλαμβάνει τον επικεφαλής συγγραφέα Pilarasetty Tarakeshwar, αναπληρωτή καθηγητή στην Σχολή Μοριακών Επιστημών της ASU. Τα άλλα δύο μέλη είναι ο Peter Buseck και ο Frank Timmes, και οι δύο στη Σχολή Γης της ASU και στην εξερεύνηση του διαστήματος. Η εργασία τους έχει τίτλο «On the Structure, Magnetic Properties and Infrared Spectra of Iron Pseudocarbynes in the Intererstellar Medium» και δημοσιεύεται στο Astrophysical Journal.
«Προτείνουμε μια νέα κατηγορία μορίων που είναι πιθανό να είναι ευρέως διαδεδομένα στο διαστρικό μέσο», δήλωσε ο Tarakeshwar σε δελτίο τύπου.
Η ομάδα επικεντρώθηκε στο αέριο σίδηρο και πώς μόνο μερικά άτομα μπορεί να ενωθούν με άτομα άνθρακα. Ο σίδηρος θα συνδυαζόταν με τις αλυσίδες άνθρακα, και τα προκύπτοντα μόρια θα περιέχουν και τα δύο στοιχεία.
Εξέτασαν επίσης πρόσφατες ενδείξεις συστάδων ατόμων σιδήρου στη σκάρδα και τους μετεωρίτες. Στον διαστρικό χώρο, όπου είναι εξαιρετικά κρύο, αυτά τα άτομα σιδήρου δρουν σαν «πυρήνες συμπύκνωσης» για τον άνθρακα. Διαφορετικά μήκη αλυσίδων άνθρακα θα κολλήσουν σε αυτά, και αυτή η διαδικασία θα παράγει διαφορετικά μόρια από αυτά που παράγονται με αέριο σίδηρο.
Δεν μπορούσαμε να δούμε τον σίδηρο σε αυτά τα μόρια, γιατί μεταμφιέζονται ως μόρια άνθρακα χωρίς σίδηρο.
Σε ένα δελτίο τύπου, ο Tarakeshwar είπε: «Υπολογίσαμε πώς θα μοιάζουν τα φάσματα αυτών των μορίων και διαπιστώσαμε ότι έχουν φασματοσκοπικές υπογραφές σχεδόν ταυτόσημες με τα μόρια της αλυσίδας άνθρακα χωρίς κανένα σίδηρο». Πρόσθεσε ότι λόγω αυτού, «Προηγούμενες αστροφυσικές παρατηρήσεις θα μπορούσαν να είχαν παραβλέψει αυτά τα μόρια άνθρακα-συν-σιδήρου».
Buckyballs και Mothballs
Όχι μόνο έχουν βρει το «λείπει» σίδερο, αλλά μπορεί να έχουν λύσει ένα άλλο μακράς διάρκειας μυστήριο: την αφθονία ασταθών μορίων αλυσίδας άνθρακα στο διάστημα.
Οι αλυσίδες άνθρακα που έχουν περισσότερα από εννέα άτομα άνθρακα είναι ασταθείς. Αλλά όταν οι επιστήμονες κοιτάζουν έξω στο διάστημα, βρίσκουν αλυσίδες άνθρακα με περισσότερα από εννέα άτομα άνθρακα. Ήταν πάντα ένα μυστήριο για το πώς η φύση μπόρεσε να σχηματίσει αυτές τις ασταθείς αλυσίδες.
Όπως αποδεικνύεται, είναι ο σίδηρος που δίνει σε αυτές τις αλυσίδες άνθρακα τη σταθερότητά τους. «Μεγαλύτερες αλυσίδες άνθρακα σταθεροποιούνται με την προσθήκη συστάδων σιδήρου», δήλωσε ο Buseck.
Όχι μόνο αυτό, αλλά αυτό το εύρημα ανοίγει ένα νέο δρόμο για την κατασκευή πιο περίπλοκων μορίων στο διάστημα, όπως οι πολυαρωματικοί υδρογονάνθρακες, από τα οποία το ναφθαλίνιο είναι ένα γνωστό παράδειγμα, που είναι το κύριο συστατικό των mothballs.
Είπε ο Timmes, "Η δουλειά μας παρέχει νέες γνώσεις για τη γεφύρωση του χάσματος χασμουρητού μεταξύ μορίων που περιέχουν εννέα ή λιγότερα άτομα άνθρακα και σύνθετα μόρια όπως το C60 buckminsterfullerene, γνωστότερα ως" buckyballs. ""
Πηγές:
- Δελτίο Τύπου: Το διαστρικό σίδερο δεν λείπει, απλώς κρύβεται σε απλή θέα
- Ερευνητικό έγγραφο: Σχετικά με τη δομή, τις μαγνητικές ιδιότητες και τα υπέρυθρα φάσματα του σιδήρου Pseudocarbynes στο διαστρικό μέσο
