ควรมีเหล็กมากขึ้นในอวกาศ ทำไมเราไม่เห็นมัน

เหล็กเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในจักรวาลพร้อมกับองค์ประกอบที่มีน้ำหนักเบาเช่นไฮโดรเจนออกซิเจนและคาร์บอน ในอวกาศระหว่างดวงดาวควรมีธาตุเหล็กจำนวนมากในรูปของก๊าซ แล้วทำไมเมื่อนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์มองออกไปในอวกาศพวกเขาเห็นน้อยมาก

ก่อนอื่นมีเหตุผลว่าเหล็กมีมากมายและเกี่ยวข้องกับสิ่งทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่เรียกว่าจุดสูงสุดของเหล็ก

ในจักรวาลของเราองค์ประกอบอื่นที่ไม่ใช่ไฮโดรเจนและฮีเลียมนั้นถูกสร้างขึ้นโดยนิวคลีโอซินในดาวฤกษ์ (ไฮโดรเจนฮีเลียมและลิเทียมและเบริลเลียมบางส่วนถูกสร้างขึ้นในการสังเคราะห์นิวคลีโอนิกของบิ๊กแบง) แต่องค์ประกอบนั้นไม่ได้สร้างขึ้นในปริมาณที่เท่ากัน มีภาพที่ช่วยแสดงสิ่งนี้

เหตุผลที่จุดสูงสุดของเหล็กเกี่ยวข้องกับพลังงานที่จำเป็นสำหรับการหลอมนิวเคลียร์และการแตกตัวของนิวเคลียร์

สำหรับองค์ประกอบที่เบากว่าเหล็กทางซ้ายฟิวชั่นจะปลดปล่อยพลังงานและฟิชชันจะสิ้นเปลืองพลังงาน สำหรับองค์ประกอบที่หนักกว่าเหล็กทางด้านขวาตรงกันข้ามเป็นจริง: ฟิวชั่นที่ใช้พลังงานและฟิชชันที่ปลดปล่อย เป็นเพราะสิ่งที่เรียกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวในฟิสิกส์อะตอม

มันสมเหตุสมผลถ้าคุณคิดถึงดาวและพลังงานปรมาณู เราใช้ฟิชชันเพื่อสร้างพลังงานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ด้วยยูเรเนียมซึ่งหนักกว่าเหล็กมาก ดาวสร้างพลังงานด้วยฟิวชั่นโดยใช้ไฮโดรเจนซึ่งเบากว่าเหล็กมาก

ในชีวิตปกติของดาวฤกษ์องค์ประกอบที่มีธาตุเหล็กรวมถึงธาตุเหล็กจะถูกสร้างขึ้นโดยนิวคลีโอซิน หากคุณต้องการองค์ประกอบที่หนักกว่าเหล็กคุณต้องรอให้ซุปเปอร์โนวาเกิดขึ้น เนื่องจากซุปเปอร์โนวานั้นหาได้ยากธาตุที่หนักกว่าจึงหายากกว่าธาตุแสง

เป็นไปได้ที่จะใช้เวลาพิเศษในการลงหลุมกระต่ายฟิสิกส์นิวเคลียร์และถ้าคุณทำคุณจะพบกับรายละเอียดจำนวนมหาศาล แต่โดยพื้นฐานแล้วด้วยเหตุผลข้างต้นธาตุเหล็กมีอยู่มากมายในจักรวาลของเรา มีความเสถียรและต้องใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อหลอมเหล็กให้เป็นสิ่งที่หนักกว่า

ทำไมเราไม่เห็นมัน

เรารู้ว่าเหล็กในรูปของแข็งอยู่ในแกนและเปลือกโลกของดาวเคราะห์อย่างเราเอง และเราก็รู้ว่ามันเป็นเรื่องธรรมดาในรูปก๊าซในดวงดาวอย่างดวงอาทิตย์ แต่สิ่งนี้คือมันควรเป็นเรื่องธรรมดาในสภาพแวดล้อมระหว่างดวงดาวในรูปของก๊าซ แต่เราไม่เห็นมัน

เนื่องจากเรารู้ว่ามันต้องอยู่ที่นั่นความหมายก็คือมันถูกห่อหุ้มด้วยกระบวนการอื่นหรือรูปแบบของแข็งหรือสถานะโมเลกุล และแม้ว่านักวิทยาศาสตร์กำลังมองหามานานหลายทศวรรษและแม้ว่ามันจะเป็นองค์ประกอบที่มีมากเป็นอันดับสี่ในรูปแบบความอุดมสมบูรณ์ของดวงอาทิตย์พวกเขาไม่พบมัน

จนถึงตอนนี้.

ตอนนี้ทีม cosmochemists จาก Arizona State University กล่าวว่าพวกเขาได้ไขความลึกลับของเหล็กที่หายไป พวกเขาบอกว่าเหล็กซ่อนตัวอยู่ในสภาพที่มองเห็นได้ชัดเจนเมื่อรวมกับโมเลกุลของคาร์บอนในสิ่งที่เรียกว่า pseudocarbynes และ pseudocarbynes นั้นยากที่จะเห็นเพราะสเปกตรัมนั้นเหมือนกับโมเลกุลคาร์บอนอื่น ๆ ซึ่งมีอยู่มากมายในอวกาศ

ทีมนักวิทยาศาสตร์รวมถึงนักเขียนนำชื่อ Pilarasetty Tarakeshwar ศาสตราจารย์ด้านการวิจัยในโรงเรียนวิทยาศาสตร์โมเลกุลของ ASU สมาชิกอีกสองคนคือ Peter Buseck และ Frank Timmes ทั้งใน School of Earth และ Space Exploration ของ ASU บทความของพวกเขามีชื่อว่า“ บนโครงสร้างคุณสมบัติแม่เหล็กและสเปกตรัมอินฟราเรดของเหล็ก Pseudocarbynes ในสื่อระหว่างดวงดาว” และตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical Journal

“ เรากำลังเสนอโมเลกุลระดับใหม่ที่น่าจะแพร่หลายในสื่อระหว่างดวงดาว” Tarakeshwar กล่าวในการแถลงข่าว

ทีมมุ่งเน้นไปที่ธาตุเหล็กและมีเพียงไม่กี่อะตอมเท่านั้นที่สามารถจับกับอะตอมของคาร์บอนได้ เหล็กจะรวมกับโซ่คาร์บอนและโมเลกุลที่เกิดขึ้นจะมีองค์ประกอบทั้งสอง

พวกเขายังดูหลักฐานล่าสุดของกลุ่มอะตอมเหล็กในละอองดาวและอุกกาบาต ในอวกาศระหว่างดวงดาวซึ่งมันเย็นมากอะตอมเหล็กเหล่านี้ทำหน้าที่คล้ายกับ“ นิวเคลียสควบแน่น” สำหรับคาร์บอน ความยาวของโซ่คาร์บอนที่หลากหลายนั้นจะยึดติดอยู่กับพวกมันและกระบวนการนั้นจะผลิตโมเลกุลที่แตกต่างจากที่ผลิตด้วยเหล็กก๊าซ

เราไม่เห็นธาตุเหล็กในโมเลกุลเหล่านี้เพราะพวกเขาสวมหน้ากากเป็นโมเลกุลของคาร์บอนโดยไม่ใช้เหล็ก

ในการแถลงข่าว Tarakeshwar กล่าวว่า“ เราคำนวณว่าสเปกตรัมของโมเลกุลเหล่านี้จะเป็นอย่างไรและเราพบว่าพวกมันมีลายเซ็นสเปคโทรสโคปเกือบจะเหมือนกับโมเลกุลของโซ่คาร์บอนที่ไม่มีธาตุเหล็ก” เขาเสริมว่าด้วยเหตุนี้“ การสำรวจทางดาราศาสตร์ก่อนหน้านี้อาจมองข้ามโมเลกุลคาร์บอนบวกเหล็กเหล่านี้”

บัคกี้บอลและลูกเหม็น

พวกเขาไม่เพียงพบเหล็ก "ที่หายไป" เท่านั้น แต่พวกเขาอาจไขปริศนาอันลึกลับมายาวนานอีกครั้ง: ความอุดมสมบูรณ์ของโมเลกุลลูกโซ่คาร์บอนที่ไม่เสถียรในอวกาศ

โซ่คาร์บอนที่มีอะตอมของคาร์บอนมากกว่าเก้าจะไม่เสถียร แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์มองออกไปในอวกาศพวกเขาพบโซ่คาร์บอนที่มีอะตอมคาร์บอนมากกว่าเก้าอะตอม มันเป็นความลึกลับเสมอมาที่ธรรมชาติสามารถสร้างโซ่ที่ไม่เสถียรเหล่านี้ขึ้นมาได้

ปรากฎว่าเป็นเหล็กที่ให้ความมั่นคงกับคาร์บอนเหล่านี้ “ โซ่คาร์บอนที่ยาวขึ้นนั้นมีความเสถียรโดยการเพิ่มกลุ่มเหล็ก” Buseck กล่าว

ไม่เพียงแค่นั้น แต่การค้นพบนี้เปิดทางเดินใหม่สำหรับการสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้นในอวกาศเช่น polyaromatic ไฮโดรคาร์บอนซึ่งแนฟทาลีนเป็นตัวอย่างที่คุ้นเคยเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในลูกเหม็น

Timmes กล่าวว่า“ งานของเราให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ในการลดช่องว่างที่หาวระหว่างโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนเก้าอะตอมหรือน้อยกว่าและโมเลกุลที่ซับซ้อนเช่น C60 buckminsterfullerene หรือที่รู้จักกันดีในชื่อ ‘buckyballs”

แหล่งที่มา:

• ข่าวประชาสัมพันธ์: ธาตุเหล็กระหว่างดวงดาวไม่ได้หายไปมันซ่อนอยู่ในสายตาธรรมดา
• รายงานการวิจัย: เกี่ยวกับโครงสร้างสมบัติทางแม่เหล็กและสเปกตรัมอินฟราเรดของเหล็ก Pseudocarbynes ในตัวกลางระหว่างดวงดาว