Sắt là một trong những nguyên tố phong phú nhất trong Vũ trụ, cùng với các nguyên tố nhẹ hơn như hydro, oxy và carbon. Trong không gian giữa các vì sao, cần có lượng sắt dồi dào ở dạng khí. Vậy tại sao, khi nhà vật lý thiên văn nhìn ra không gian, họ có thấy quá ít không?
Trước hết, có một lý do khiến sắt rất dồi dào, và nó có liên quan đến một thứ trong vật lý thiên văn gọi là đỉnh sắt.
Trong vũ trụ của chúng ta, các nguyên tố khác ngoài hydro và helium được tạo ra bằng quá trình tổng hợp hạt nhân trong các ngôi sao. (Hydrogen, helium, và một số lithium và beryllium đã được tạo ra trong quá trình tổng hợp hạt nhân Big Bang.) Nhưng các nguyên tố aren đã tạo ra với số lượng bằng nhau. Có một hình ảnh giúp thể hiện điều này.
Lý do cho đỉnh sắt có liên quan đến năng lượng cần thiết cho phản ứng tổng hợp hạt nhân và phân hạch hạt nhân.
Đối với các nguyên tố nhẹ hơn sắt, ở bên trái, phản ứng tổng hợp giải phóng năng lượng và phân hạch tiêu thụ nó. Đối với các nguyên tố nặng hơn sắt, ở bên phải của nó, điều ngược lại là đúng: sự hợp nhất của nó tiêu thụ năng lượng và phân hạch giải phóng nó. Nó khác vì những gì mà người ta gọi là năng lượng liên kết trong vật lý nguyên tử.
Điều đó có ý nghĩa nếu bạn nghĩ về các ngôi sao và năng lượng nguyên tử. Chúng tôi sử dụng phân hạch để tạo ra năng lượng trong các nhà máy điện hạt nhân bằng uranium, nặng hơn nhiều so với sắt. Các ngôi sao tạo ra năng lượng bằng phản ứng tổng hợp, sử dụng hydro, nhẹ hơn nhiều so với sắt.
Trong cuộc sống bình thường của một ngôi sao, các nguyên tố lên đến và bao gồm sắt được tạo ra bởi quá trình tổng hợp hạt nhân. Nếu bạn muốn các nguyên tố nặng hơn sắt, bạn phải chờ siêu tân tinh xảy ra và cho quá trình tổng hợp hạt nhân siêu tân tinh. Vì siêu tân tinh rất hiếm nên các nguyên tố nặng hơn hiếm hơn các nguyên tố nhẹ.
Nó có thể dành một lượng thời gian phi thường để chui xuống hố thỏ vật lý hạt nhân, và nếu bạn làm thế, bạn sẽ gặp phải một lượng lớn chi tiết. Nhưng về cơ bản, vì những lý do trên, sắt tương đối phong phú trong Vũ trụ của chúng ta. Nó ổn định, và nó đòi hỏi một lượng năng lượng khổng lồ để hợp nhất sắt thành bất cứ thứ gì nặng hơn.
Tại sao có thể chúng ta thấy nó?
Chúng ta biết rằng sắt ở dạng rắn tồn tại trong lõi và lớp vỏ của các hành tinh như của chúng ta. Và chúng ta cũng biết rằng nó phổ biến ở dạng khí trong các ngôi sao như Mặt trời. Nhưng điều quan trọng là, nó nên phổ biến trong môi trường giữa các vì sao ở dạng khí, nhưng chúng ta chỉ có thể nhìn thấy nó.
Vì chúng ta biết nó phải ở đó, nên hàm ý là nó quấn trong một số quá trình khác hoặc ở dạng rắn hoặc trạng thái phân tử. Và mặc dù các nhà khoa học đã tìm kiếm trong nhiều thập kỷ, và mặc dù nó phải là yếu tố phong phú thứ tư trong mô hình phong phú của mặt trời, họ đã tìm thấy nó.
Cho đến bây giờ.
Giờ đây, một nhóm các nhà vũ trụ học từ Đại học bang Arizona nói rằng họ đã giải quyết được bí ẩn về chiếc bàn ủi bị mất tích. Họ nói rằng sắt đã được giấu trong tầm nhìn rõ ràng, kết hợp với các phân tử carbon trong những thứ gọi là pseudocarbynes. Và giả hành rất khó nhìn vì quang phổ giống hệt với các phân tử carbon khác có nhiều trong không gian.
Nhóm các nhà khoa học bao gồm tác giả chính Pilarasetty Tarakeshwar, phó giáo sư nghiên cứu tại Trường Khoa học Phân tử ASU. Hai thành viên còn lại là Peter Buseck và Frank Timmes, cả hai đều ở trường Trái đất và Thám hiểm vũ trụ ASU. Bài báo của họ có tựa đề về cấu trúc, tính chất từ tính và phổ hồng ngoại của giả sắt trong tạp chí trung gian giữa các sao và được xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Tarakeshwar cho biết trong một thông cáo báo chí, chúng tôi đang đề xuất một lớp phân tử mới có khả năng phổ biến rộng rãi trong môi trường liên sao.
Nhóm nghiên cứu tập trung vào sắt khí và làm thế nào chỉ một vài nguyên tử của nó có thể kết hợp với các nguyên tử carbon. Sắt sẽ kết hợp với các chuỗi carbon và các phân tử kết quả sẽ chứa cả hai nguyên tố.
Họ cũng xem xét bằng chứng gần đây về cụm nguyên tử sắt trong sao và thiên thạch. Ở ngoài không gian giữa các vì sao, nơi rất lạnh, những nguyên tử sắt này hoạt động giống như hạt nhân ngưng tụ của Hồi đối với carbon. Các chuỗi carbon dài khác nhau sẽ bám vào chúng và quá trình đó sẽ tạo ra các phân tử khác với các chuỗi được tạo ra bằng sắt khí.
Chúng tôi không thể thấy sắt trong các phân tử này, vì chúng giả trang thành các phân tử carbon không có sắt.
Trong một thông cáo báo chí, Tarakeshwar cho biết, chúng tôi đã tính toán quang phổ của các phân tử này trông như thế nào và chúng tôi thấy rằng chúng có chữ ký quang phổ gần giống với các phân tử chuỗi carbon mà không có sắt. Ông nói thêm rằng vì điều này, các quan sát vật lý thiên văn trước đây có thể đã bỏ qua các phân tử carbon-plus-sắt này.
Buckyball và Mothballs
Họ không chỉ tìm thấy sắt thiếu sắt, mà còn có thể giải quyết được một bí ẩn tồn tại lâu dài khác: sự phong phú của các phân tử chuỗi carbon không ổn định trong không gian.
Chuỗi carbon có hơn chín nguyên tử carbon không ổn định. Nhưng khi các nhà khoa học nhìn ra ngoài không gian, họ tìm thấy các chuỗi carbon với hơn chín nguyên tử carbon. Nó luôn luôn là một bí ẩn làm thế nào tự nhiên có thể tạo thành các chuỗi không ổn định này.
Hóa ra, nó đã rèn sắt giúp cho các chuỗi carbon này ổn định. Các chuỗi carbon dài hơn được ổn định bằng việc bổ sung các cụm sắt, Buseck cho biết.
Không chỉ vậy, nhưng phát hiện này mở ra một con đường mới để xây dựng các phân tử phức tạp hơn trong không gian, chẳng hạn như hydrocarbon đa sắc, trong đó naphthalene là một ví dụ quen thuộc, là thành phần chính trong băng phiến.
Timmes cho biết, công việc của chúng tôi cung cấp những hiểu biết mới về việc thu hẹp khoảng cách ngáp giữa các phân tử chứa chín hoặc ít hơn các nguyên tử carbon và các phân tử phức tạp như C60 buckminsterfullerene, được biết đến với cái tên buckyballs. '
Nguồn:
- Thông cáo báo chí: Thiếu sắt liên sao bị mất tích, nó chỉ trốn trong tầm nhìn rõ ràng
- Tài liệu nghiên cứu: Về cấu trúc, tính chất từ tính và phổ hồng ngoại của giả sắt trong môi trường liên sao
