الحديد هو أحد العناصر الأكثر وفرة في الكون ، إلى جانب العناصر الأخف مثل الهيدروجين والأكسجين والكربون. في الفضاء بين النجوم ، يجب أن تكون هناك كميات وفيرة من الحديد في شكله الغازي. فلماذا ، عندما ينظر الفيزيائي الفلكي إلى الفضاء ، هل يرون القليل منه؟
بادئ ذي بدء ، هناك سبب يجعل الحديد وفيرًا جدًا ، ويرتبط بشيء في الفيزياء الفلكية يسمى ذروة الحديد.
في كوننا ، يتم إنشاء عناصر أخرى غير الهيدروجين والهيليوم عن طريق التخليق النووي في النجوم. (تم إنشاء الهيدروجين والهيليوم وبعض الليثيوم والبريليوم في التخليق النووي للانفجار الكبير.) ولكن العناصر لم يتم إنشاؤها بكميات متساوية. هناك صورة تساعد على إظهار ذلك.
يعود سبب ذروة الحديد إلى الطاقة المطلوبة للانصهار النووي وللانشطار النووي.
بالنسبة للعناصر الأفتح من الحديد ، على اليسار ، يطلق الاندماج الطاقة ويستهلكه الانشطار. بالنسبة للعناصر الأثقل من الحديد ، على العكس ، يكون العكس صحيحًا: انصهاره الذي يستهلك الطاقة ، والانشطار الذي يطلقه. هذا بسبب ما يسمى طاقة الربط في الفيزياء الذرية.
هذا منطقي إذا فكرت في النجوم والطاقة الذرية. نحن نستخدم الانشطار لتوليد الطاقة في محطات الطاقة النووية باليورانيوم ، وهو أثقل بكثير من الحديد. تخلق النجوم الطاقة مع الاندماج ، باستخدام الهيدروجين ، وهو أخف بكثير من الحديد.
في الحياة العادية للنجم ، يتم إنشاء العناصر حتى الحديد بما في ذلك التركيب النووي. إذا كنت تريد عناصر أثقل من الحديد ، فعليك الانتظار حتى يحدث مستعر أعظم ، ولإنشاء نواة المستعر الأعظم الناتجة. بما أن المستعرات الأعظمية نادرة ، فإن العناصر الأثقل ندرة من العناصر الخفيفة.
من الممكن قضاء وقت غير عادي في هبوط أرنب الفيزياء النووية ، وإذا فعلت ذلك ، فستواجه قدرًا كبيرًا من التفاصيل. ولكن في الأساس ، للأسباب المذكورة أعلاه ، يكون الحديد وفيرًا نسبيًا في كوننا. إنها مستقرة وتتطلب كمية هائلة من الطاقة لدمج الحديد في أي شيء أثقل.
لماذا لا نراها؟
نحن نعلم أن الحديد في شكل صلب موجود في نوى وقشرة الكواكب مثل كوكبنا. ونعلم أيضًا أنه شائع في شكل غازي في النجوم مثل الشمس. ولكن الشيء هو أنه يجب أن يكون شائعًا في البيئات بين النجوم في شكله الغازي ، لكننا لا نستطيع رؤيته.
نظرًا لأننا نعلم أنه يجب أن يكون هناك ، فإن المعنى الضمني أنه ملفوف في عملية أخرى أو شكل صلب أو حالة جزيئية. وعلى الرغم من أن العلماء كانوا يبحثون منذ عقود ، وعلى الرغم من أنه يجب أن يكون رابع أكثر العناصر وفرة في نمط الوفرة الشمسية ، إلا أنهم لم يجدوه.
حتى الآن.
الآن يقول فريق من علماء الكون من جامعة ولاية أريزونا أنهم حلوا لغز الحديد المفقود. يقولون أن الحديد كان مختبئًا في مرمى البصر ، بالاشتراك مع جزيئات الكربون في أشياء تسمى pseudocarbynes. ومن الصعب رؤية الرؤية الكاذبة لأن الأطياف متطابقة مع جزيئات الكربون الأخرى الموجودة بكثرة في الفضاء.
يضم فريق العلماء مؤلفة رئيسية Pilarasetty Tarakeshwar ، أستاذ مشارك باحث في كلية العلوم الجزيئية بجامعة ولاية أريزونا. والعضوان الآخران هما بيتر بوسيك وفرانك تيمز ، وكلاهما في مدرسة الأرض واستكشاف الفضاء بجامعة ولاية أريزونا. ورقتهم بعنوان "على الهيكل ، والخصائص المغناطيسية ، والأشعة تحت الحمراء من الحديد الزائفة في الوسط النجمي" ونشرت في مجلة الفيزياء الفلكية.
قال تاراكيشوار في بيان صحفي: "نحن نقترح فئة جديدة من الجزيئات التي من المرجح أن تنتشر في الوسط النجمي".
ركز الفريق على الحديد الغازي ، وكيف يمكن لعدد قليل فقط من ذراته الانضمام إلى ذرات الكربون. سوف يتحد الحديد مع سلاسل الكربون ، وستحتوي الجزيئات الناتجة على كلا العنصرين.
كما نظروا في الأدلة الحديثة على تجمع ذرات الحديد في النجم والنيازك. في الفضاء بين النجوم ، حيث تكون شديدة البرودة ، تعمل ذرات الحديد هذه نوعًا ما مثل "نويات التكثيف" للكربون. وستلتزم أطوال مختلفة من سلاسل الكربون بها ، وستنتج هذه العملية جزيئات مختلفة عن تلك المنتجة بالحديد الغازي.
لم نتمكن من رؤية الحديد في هذه الجزيئات ، لأنها تتنكر على أنها جزيئات كربون بدون حديد.
قال تاراكيشوار في بيان صحفي ، "لقد حسبنا كيف تبدو أطياف هذه الجزيئات ، ووجدنا أن لها توقيعات طيفية متطابقة تقريبًا مع جزيئات سلسلة الكربون دون أي حديد." وأضاف أنه بسبب هذا ، "كان من الممكن أن تغفل الملاحظات الفيزيائية الفلكية السابقة عن جزيئات الكربون زائد الحديد".
Buckyballs و Mothballs
لم يكتشفوا فقط الحديد "المفقود" ، بل ربما حلوا لغزًا آخر طويل الأمد: وفرة جزيئات سلسلة الكربون غير المستقرة في الفضاء.
سلاسل الكربون التي تحتوي على أكثر من تسع ذرات كربون غير مستقرة. لكن عندما ينظر العلماء إلى الفضاء ، يجدون سلاسل الكربون بأكثر من تسع ذرات كربون. لطالما كان الغموض كيف تمكنت الطبيعة من تكوين هذه السلاسل غير المستقرة.
كما اتضح ، فإن الحديد هو الذي يمنح سلاسل الكربون هذه استقرارها. قال Buseck "سلاسل الكربون الأطول تستقر عن طريق إضافة مجموعات الحديد".
ليس هذا فقط ، ولكن هذه النتيجة تفتح مسارًا جديدًا لبناء جزيئات أكثر تعقيدًا في الفضاء ، مثل الهيدروكربونات متعددة العناصر العطرية ، والتي يعتبر النفتالين مثالًا مألوفًا لها ، كونها المكون الرئيسي في كرات العث.
قال Timmes ، "يقدم عملنا رؤى جديدة في سد فجوة التثاؤب بين الجزيئات التي تحتوي على تسع أو أقل من ذرات الكربون والجزيئات المعقدة مثل C60 buckminsterfullerene ، والمعروف باسم" buckyballs ".
مصادر:
- بيان صحفي: الحديد بين النجوم ليس مفقودًا ، بل يختبئ في مرمى البصر
- ورقة بحثية: عن البنية ، والخصائص المغناطيسية ، والأطياف تحت الحمراء لنباتات الكاذبة الحديدية في الوسط النجمي
