Demir, hidrojen, oksijen ve karbon gibi daha hafif elementlerle birlikte Evren'deki en bol elementlerden biridir. Yıldızlararası boşlukta, gaz halinde bol miktarda demir olmalıdır. Peki neden, astrofizikçi uzaya baktığında, çok az şey görüyorlar?
Her şeyden önce, demirin bu kadar bol olmasının bir nedeni var ve astrofizikte demir zirvesi olarak adlandırılan bir şeyle ilgili.
Evrenimizde hidrojen ve helyum dışındaki elementler yıldızlarda nükleosentez ile yaratılır. (Big Bang nükleosentezinde hidrojen, helyum ve bir miktar lityum ve berilyum oluşturuldu.) Ancak elementler eşit miktarlarda oluşturulmadı. Bunu göstermeye yardımcı olan bir görüntü var.
Demir zirvesinin nedeni, nükleer füzyon ve nükleer fisyon için gereken enerji ile ilgilidir.
Demirden daha hafif elementler için solda füzyon enerjiyi serbest bırakır ve fisyon onu tüketir. Demirden daha ağır elementler için, sağda, bunun tersi doğrudur: enerji tüketen füzyonu ve onu serbest bırakan füzyon. Bunun nedeni atom fiziğinde bağ enerjisi olarak adlandırılan şeydir.
Yıldızları ve atom enerjisini düşünüyorsanız bu mantıklıdır. Demirden çok daha ağır olan uranyum içeren nükleer santrallerde enerji üretmek için fisyon kullanıyoruz. Yıldızlar demirden çok daha hafif olan hidrojen kullanarak füzyonla enerji yaratır.
Bir yıldızın olağan yaşamında, nükleosentez ile demire kadar ve demir içeren elementler oluşturulur. Demirden daha ağır elementler istiyorsanız, bir süpernova oluşmasını ve ortaya çıkan süpernova nükleosentezini beklemeniz gerekir. Süpernovalar nadir olduğu için, daha ağır elementler hafif elementlerden daha nadirdir.
Nükleer fizik tavşan deliğinden aşağıya inmek için olağanüstü miktarda zaman harcamak mümkündür ve eğer yaparsanız, muazzam miktarda ayrıntıyla karşılaşırsınız. Ancak temel olarak, yukarıdaki nedenlerden ötürü, Evrenimizde demir nispeten boldur. Kararlıdır ve demiri daha ağır bir şeyle kaynaştırmak için muazzam miktarda enerji gerektirir.
Neden Göremiyoruz?
Katı formda demirin, bizimki gibi gezegenlerin çekirdek ve kabuklarında bulunduğunu biliyoruz. Ayrıca Güneş gibi yıldızlarda gaz halinde yaygın olduğunu da biliyoruz. Ama şey şu ki, yıldızlararası ortamlarda gaz halinde yaygın olmalı, ancak göremiyoruz.
Orada olması gerektiğini bildiğimizden, bunun anlamı, başka bir süreçte, katı formda veya moleküler durumda tamamlanmış olmasıdır. Bilim adamları onlarca yıldır arıyor olsalar da ve güneş bolluğu modelinde dördüncü en bol element olmasına rağmen, onu bulamadılar.
Şimdiye kadar.
Şimdi Arizona Eyalet Üniversitesi'nden bir kozmokimya ekibi eksik demirin gizemini çözdüklerini söylüyor. Demirin psödokarbin denilen şeylerde karbon molekülleriyle birlikte düz bir şekilde saklandığını söylüyorlar. Ve psödokarbinleri görmek zordur çünkü spektrumlar uzayda bol miktarda bulunan diğer karbon molekülleri ile özdeştir.
Bilim adamları ekibi, ASU'nun Moleküler Bilimler Okulu'nda araştırma görevlisi olan baş yazar Pilarasetty Tarakeshwar'ı içeriyor. Diğer iki üye, ASU’nun Dünya Okulu ve Uzay Araştırmaları’ndaki Peter Buseck ve Frank Timmes’dir. Makaleleri “Yıldızlararası Ortamda Demir Psödokarbinlerin Yapısı, Manyetik Özellikleri ve Kızılötesi Spektrumları Üzerine” başlıklı Astrofizik Dergisi'nde yayınlandı.
Tarakeshwar bir basın açıklamasında “Yıldızlararası ortamda yaygın olması muhtemel yeni bir molekül sınıfı öneriyoruz” dedi.
Ekip, gazlı demir ve sadece birkaç atomun karbon atomlarıyla nasıl birleşebileceğine odaklandı. Demir karbon zincirleriyle birleşecek ve ortaya çıkan moleküller her iki elementi de içerecektir.
Ayrıca, yıldız tozu ve göktaşlarındaki demir atomları kümesinin son kanıtlarına da baktılar. Aşırı soğuk olduğu yıldızlararası alanda, bu demir atomları karbon için bir tür “yoğunlaşma çekirdeği” gibi davranırlar. Çeşitli uzunluklarda karbon zincirleri onlara yapışır ve bu işlem gazlı demir ile üretilenlerden farklı moleküller üretir.
Bu moleküllerde ütüyü göremedik, çünkü demir içermeyen karbon molekülleri gibi görünüyorlar.
Bir basın bülteninde Tarakeshwar, “Bu moleküllerin spektrumlarının nasıl görüneceğini hesapladık ve demirsiz karbon zincir molekülleriyle neredeyse aynı spektroskopik imzalara sahip olduklarını gördük.” Bu nedenle, “Önceki astrofizik gözlemlerin bu karbon artı demir moleküllerini göz ardı edebileceğini” sözlerine ekledi.
Buckyball'lar ve Güveler
Sadece “eksik” demiri bulmakla kalmadılar, başka bir uzun ömürlü gizemi de çözmüş olabilirler: uzayda dengesiz karbon zincir moleküllerinin bolluğu.
Dokuzdan fazla karbon atomuna sahip karbon zincirleri kararsızdır. Ancak bilim adamları uzaya baktıklarında, dokuzdan fazla karbon atomuna sahip karbon zincirleri bulurlar. Doğanın bu kararsız zincirleri nasıl oluşturabildiği her zaman bir gizemdi.
Sonuç olarak, bu karbon zincirlerine stabilitelerini veren demirdir. Buseck, “Daha uzun karbon zincirleri demir kümelerinin eklenmesiyle dengeleniyor” dedi.
Sadece bu değil, aynı zamanda bu bulgu, naftalinin bilinen bir örnek olduğu ve naftalin ana bileşeni olan poliamatik hidrokarbonlar gibi uzayda daha karmaşık moleküller oluşturmak için yeni bir yol açar.
Dedi.
Kaynaklar:
- Basın Bülteni: Yıldızlararası demir eksik değil, sadece görünürde saklanıyor
- Araştırma Makalesi: Yıldızlararası Ortamda Demir Psödokarbinlerin Yapısı, Manyetik Özellikleri ve Kızılötesi Spektrumları Üzerine
