鉄は、水素、酸素、炭素などの軽い元素とともに、宇宙で最も豊富な元素の1つです。星間空間には、気体の形で大量の鉄が存在するはずです。それでは、なぜ宇宙物理学者が宇宙を見るとき、彼らはそれをほとんど見ないのでしょうか？
まず第一に、鉄が非常に豊富である理由があり、それは天体物理学における鉄のピークと呼ばれるものに関連しています。
私たちの宇宙では、水素とヘリウム以外の元素は星での元素合成によって生成されます。 （水素、ヘリウム、および一部のリチウムとベリリウムはビッグバン元素合成で作成されました。）しかし、元素は同じ量で作成されていません。これを示すのに役立つ画像があります。
鉄のピークの理由は、核融合と核分裂に必要なエネルギーに関係しています。
鉄よりも軽い元素の場合、その左側では、核融合がエネルギーを放出し、核分裂がそれを消費します。鉄より重い元素の場合、その右側は逆になります。エネルギーを消費する核融合と、それを放出する核分裂です。それは、原子物理学における結合エネルギーと呼ばれるものによるものです。
星や原子エネルギーについて考えると、それは理にかなっています。私たちは核分裂を利用して、鉄よりもはるかに重いウランを含む原子力発電所でエネルギーを生成します。星は、鉄よりもはるかに軽い水素を使用して、核融合によってエネルギーを生成します。
星の通常の生活の中で、鉄までの元素は元素合成によって生成されます。鉄より重い元素が必要な場合は、超新星が発生し、超新星の元素合成が完了するのを待つ必要があります。超新星はまれであるため、重い元素は軽い元素よりもまれです。
核物理学のウサギの穴を下るのに非常に長い時間を費やす可能性があり、その場合、膨大な量の詳細に遭遇します。しかし基本的には、上記の理由から、宇宙には鉄が比較的豊富に含まれています。安定しており、鉄をより重いものに融合させるには膨大なエネルギーが必要です。
なぜそれが見えないのですか？
私たちは、私たちのような惑星のコアとクラストに固体の鉄が存在することを知っています。そして、それは太陽のような星では気体の形で一般的であることも知っています。しかし、問題は、それがガス状の星間環境で一般的であるべきであるということですが、私たちはそれを見ることができません。
存在する必要があることはわかっているので、他のプロセスや固体の形態、分子の状態で包まれていることになります。科学者たちは何十年も探し求めてきましたが、太陽存在量パターンの中で4番目に豊富な元素であるはずですが、発見できていません。
今まで。
現在、アリゾナ州立大学の宇宙化学者のチームは、失われた鉄の謎を解決したと述べています。彼らは、鉄が疑似カルビンと呼ばれるものの炭素分子と組み合わせて、一目で見えないところに隠れていたと言います。そして、スペクトルが宇宙に豊富にある他の炭素分子と同一であるので、疑似カルビンは見るのが難しいです。
科学者のチームには、ASUの分子科学部の研究准教授である主執筆者であるPilarasetty Tarakeshwarが含まれています。他の2人のメンバーは、ASUのSchool of Earth and Space ExplorationのPeter BuseckとFrank Timmesです。彼らの論文は「星間媒質中の鉄プソイドカルビンの構造、磁気特性、および赤外スペクトルについて」と題され、Astrophysical Journalに掲載されています。
「私たちは、星間物質に広く分布する可能性が高い新しいクラスの分子を提案しています」とタラケシュワールはプレスリリースで述べた。
チームは気体鉄に焦点を合わせ、そのわずか数原子が炭素原子と結合する方法に焦点を当てました。鉄は炭素鎖と結合し、結果の分子には両方の元素が含まれます。
彼らはまた、スターダストと隕石における鉄原子のクラスターの最近の証拠を見ました。極寒の星間空間では、これらの鉄原子は炭素の「凝縮核」のような働きをします。さまざまな長さの炭素鎖が付着し、その過程で気体鉄で生成されるものとは異なる分子が生成されます。
これらの分子内の鉄は見えません。鉄のない炭素分子に見せかけているからです。
プレスリリースで、タラケシュワール氏は、「これらの分子のスペクトルがどのようになるかを計算したところ、鉄を含まない炭素鎖分子とほぼ同じ分光学的特徴があることがわかりました。」このため、「これまでの天体観測では、これらの炭素と鉄の分子を見落としていた可能性がある」と付け加えた。
バッキーボールとモスボール
彼らは「行方不明の」鉄を発見しただけでなく、別の長命の謎、つまり宇宙における不安定な炭素鎖分子の豊富さを解決したのかもしれません。
9個を超える炭素原子を持つ炭素鎖は不安定です。しかし、科学者が宇宙を見渡すと、9個を超える炭素原子を持つ炭素鎖が見つかります。自然がこれらの不安定な鎖を形成することができた方法は常に謎でした。
結局のところ、これらの炭素鎖に安定性を与えるのは鉄です。 「鉄のクラスターを追加することで、より長い炭素鎖が安定します」とBuseckは述べています。
それだけでなく、この発見は、ナフタレンがおなじみの主な成分であるナフタレンがよく知られている例である、ポリ芳香族炭化水素などの、より複雑な分子を宇宙で構築するための新しい経路を開きます。
「私たちの仕事は、9個以下の炭素原子を含む分子と、「バッキーボール」としてよく知られているC60バックミンスターフラーレンなどの複雑な分子との間のあくびのギャップを埋める新しい洞察を提供します。
出典：
- プレスリリース：星間鉄は見逃せず、ただの視界に隠れているだけです
- 研究論文：星間媒質中の鉄プソイドカルビンの構造、磁気特性、および赤外スペクトルについて
