科學家沸騰了!太空中“消失”的鐵之謎團終於被解開

七月 17, 2019 122 次閱讀 7 人點讚

我們知道鐵是宇宙中最豐富的元素之一,還有氫、氧和碳等較輕的元素。在星際空間之外,應該有大量的氣態鐵。那麼,為什麼當天體物理學家向外看太空時,他們看到的東西如此之少呢?換句話說,太空中應該有更多的鐵。為什麼我們看不到呢?

在回答這個問題之前,首先我們必須知道,鐵如此豐富是有原因的,這與天體物理學中一個叫做鐵峰的東西有關。

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在我們的宇宙中,氫、氦以及一些鋰和鈹是在大爆炸核聚變過程中產生的,而除了氫和氦以外的元素基本都是由恆星的核合成產生的,但是這些元素的數量並不相同。

因此宇宙中一些豐富的元素包括氫和氦都很豐富,然後鋰、鈹和硼的含量明顯不高,它們在恆星和宇宙大爆炸中的化學合成進行的並不順利。在下面這張圖,你可以看到除鐵外,所有物質都大量減少。而事實是,鐵峰出現的原因與核聚變和核裂變所需的能量有關。

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對於比鐵輕的元素,聚變釋放能量,裂變消耗能量。對於比鐵重的元素,情況正好相反,它的聚變消耗能量,而裂變釋放能量,這是因為原子物理中所謂的結合能。比如我們用鈾在核電站裡裂變發電,鈾比鐵重得多。因此同理,恆星通過聚變產生能量,使用的氫比鐵輕得多。

在恆星的日常生活中,包括鐵在內的元素都是通過核合成產生的。如果你想要比鐵更重的元素,你必須等待超新星的爆發,以及由此產生的超新星核合成。由於超新星很稀有,所以重元素比輕元素更稀有。

那麼問題來了,為什麼我們看不到呢?

我們知道固態鐵存在於像我們這樣的行星的核心和外殼中。我們也知道它在像太陽這樣的恆星中以氣態形式存在。但問題是,它應該在星際環境中以氣態形式存在,但我們就是看不見它。

雖然我們知道它肯定在那裡,但是就是看不見它,這意味著它有可能被包裹在其他的固態或者分子態中。儘管科學家們已經尋找了幾十年,但他們還沒有發現它,直到現在!

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現在,亞利桑那州立大學的一組宇宙化學家表示,他們已經解開了失蹤鐵的謎團。他們說,太空中鐵和碳分子結合在一起,形成了一種叫做假碳炔的東西,一直隱藏在人們的視線之中。偽碳炔很難被發現,這是一種可能在星際介質中廣泛存在的新分子,因為它們的光譜與空間中大量存在的其他碳分子相同。

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據研究人員表示,鐵偽碳炔很可能廣泛存在於星際介質中,極低的溫度會導致碳鏈在鐵簇上凝結。隨著時間的推移,這些鐵偽碳炔會形成複雜的有機分子。他們還研究了最近在星塵和隕石中發現的鐵原子簇的證據。在極冷的星際空間,這些鐵原子的作用有點像碳的“凝結核”。不同長度的碳鏈會附著在它們上面,這個過程會產生不同於氣態鐵的分子。但是他們看不到這些分子中的鐵,因為它們偽裝成沒有鐵的碳分子。隨後他們計算了這些分子的光譜,發現它們的光譜特徵幾乎與不含鐵的碳鏈分子相同。

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他們不僅找到了“失蹤”的鐵,還可能解開了另一個長久以來的謎團:太空中大量不穩定的碳鏈分子。

我們知道含有9個以上碳原子的碳鏈是不穩定的。但是當科學家們向太空望去時,他們發現了含有9個以上碳原子的碳鏈。大自然是如何形成這些不穩定的鏈條一直是個謎。而事實證明,正是鐵賦予了碳鏈穩定性。較長的碳鏈可以通過新增鐵團簇來穩定加固。不僅如此,這一發現還為在太空中構建更復雜的分子開闢了一條新途徑!