Evren-yıldızlararası tozdaki "duman"
Samanyolu'nun "Duman"
Pekin'den bahsetmişken, herkesin aklına hemen duman geliyor. Herkes dumandan nefret eder Duman görmekten özellikle mutlu olan birini duydunuz mu? Pusu duyduklarında çok heyecanlanan bazı gökbilimciler var. Ancak önemsedikleri duman Pekin'de değil, uzak yıldızlararası uzayda.
Işık kirliliğinin olmadığı bir yerde yaz gecesi yıldızlı gökyüzüne bakıldığında, gökyüzündeki en güzel şey Samanyolu'dur. Ama Samanyolu'na kendi gözlerinizle şahit olursanız, yıldızlarda çok sayıda kara bulut olduğunu da göreceksiniz. Bu kara bulutlar Samanyolu'ndaki "pus" tur ve gökbilimciler tarafından "yıldızlararası toz" olarak adlandırılır.
Şekil 1. Samanyolu
Fotoğraf çekimi: Niu Yuxuan / Pushibi, Beijing No.12 Ortaokulu
Evrende yıldızlar vakum değil, gaz ve toz (küçük katı parçacıklar) dağılmış durumda. Toplu olarak "yıldızlararası ortam" olarak adlandırılırlar. Ortalama olarak, yıldızlararası ortamın yoğunluğu santimetre küp başına yaklaşık 1 milyon moleküldür. çok fazla? Fazla değil çünkü kabı laboratuvarda santimetre küp başına 10 milyar molekül seviyesine ulaştırabilirseniz buna vakum ortamı denilebilir. Başka bir deyişle, yıldızlararası ortamın yoğunluğu, laboratuvar vakumunun yoğunluğunun on binde biri kadardır!
Yıldızlararası ortamın ana bileşenleri, hidrojen atomları ve helyum atomlarının yanı sıra, tümü gaz biçiminde var olan az sayıda basit molekülü içerir. Ek olarak, yıldızlararası ortamın yaklaşık yüzde birini kaplayan toz parçacıkları vardır. Samanyolu'nda "pus" u yaratan bu küçük toz parçacığıdır.
Yıldızlararası tozun bileşimi
Astronomik çalışmalar, yıldızlararası tozun grafit, silikat, polisiklik aromatik hidrokarbonlar, su buzu vb.İçerdiğini buldu; bu, suya kömür külü eklemeye benziyor (briket mi yapacaksın?), Biraz kum ekleyip son olarak biraz yağ serpin. Birlikte karıştırmak.
Şekil 2. Graphite Rob Lavinsky
Resim kaynağı: iRocks.com
Şekil 3. Kristal
Resim Kredisi: JJ Harrison
Görünüşe göre gökyüzü Pekin'deki havadan daha temiz değil. Ancak birçok kozmik gizemin anahtarı haline gelen bu dağınıklıktı. Dünya gibi kayalık gezegenler, yıldızları çevreleyen pusun yoğunlaşmasıyla oluşur. Daha da önemlisi, yaşam moleküllerinin üretimi de bu tozla yakından ilişkili olabilir.
Yıldızlararası tozdaki karbon nereden geliyor? Aslında yıldızların yanmasının ürünüdür. Yıldızın içinde on milyarlarca yıl süren bir nükleer fırın var ve her zaman nükleer füzyon reaksiyonları gerçekleşiyor: hidrojen helyuma dönüşüyor, helyum karbon, oksijen ve diğer daha ağır atomlara dönüşüyor.
Yıldızın iç yakıtı bittiğinde, yakında ölecek. Bu zamanda, yıldız büyük miktarda maddeyi dışarı atacak ve onu yıldızlararası ortama geri döndürecektir, sözde "toz toza döner, toprak toprağa döner". Bununla birlikte, geri dönen materyalde daha az hidrojen atomu ve karbon gibi daha büyük kütleli daha fazla atom vardır.
Bu nedenle yıldızlar ve arabalar karbon biriktirir. Koşullar uygun olduğunda karbon atomlarının bir araya gelip ileri geri gidip grafit gibi büyük parçacıklar oluşturması kaçınılmazdır. Silikatın kaynağı olan kumun ana bileşeni de benzer bir süreçtir.
Petrol nereden geliyor? Bu, petrolün ana bileşeni olan polisiklik aromatik hidrokarbonlarla başlar. Polisiklik aromatik hidrokarbonlar, birçok karbon atomu ve hidrojen atomundan oluşan karmaşık organik moleküllerdir. Aşağıdaki şekil yapısını göstermektedir. Altı karbon atomu bir halka oluşturmak için el ele tutuşur ve halkalar polisiklik aromatik bir hidrokarbon oluşturmak için birbirine bağlanır. Astronomi topluluğunda polisiklik aromatik hidrokarbonların kaynağını açıklayacak olgun bir görüş olmamasına rağmen, çoğu kişi bunun yaşamın kökeni ile ilgili olduğunu düşünüyor.
Şekil 4. Polisiklik aromatik hidrokarbonların yapısının şematik diyagramı,
Siyah olanlar karbon atomları ve beyaz olanlar hidrojen atomları
Yıldızlararası tozu tespit edin
Yıldızları gözlemlemek kolaydır çünkü görünür ışık yayarlar. Ancak toz üzerinde çalışmak o kadar kolay değil. Briketler ve yağ yakılmadığı zaman parlamayacak, yansa bile kum yanmayacaktır. Bu nedenle tozun yaydığı ışık optik bir teleskopla görülemez. Ancak bu gökbilimciler için zor değil, yıldızlararası tozu tespit etmenin en az üç yolunu düşündüler.
saçılma
Tozun kendisi görünür ışık yaymasa da, Şekil 5'te gösterildiği gibi arkasındaki yıldız ışığını engelleyerek kara bulutlar oluşturur. Bu toz parçacıkları, boyut olarak bir mikrometrenin onda biri kadardır, insan saçı çapının yalnızca birkaç yüzde biri kadardır ve içlerinden geçerken ışık saçılır. Saçılan ışığın dalga boyu, toz parçacıklarının boyutuyla ilgilidir. Gökbilimciler, tozun içinden geçen arka plan ışığının farklı dalga boylarında zayıflama derecesini ölçerek (Mandarin'de "yıldızlararası sönme" olarak adlandırılır), toz miktarını, parçacıkların boyutunu ve hatta yaklaşık bileşimi tahmin edebilirler.
Şekil 5. Evrendeki, çoğunlukla tozdan oluşan kara bulutlar
Resim kaynağı: ESO
Sürekli spektrum radyasyonu
Yıldızlararası toz, kızılötesi bantta sürekli spektrum radyasyonu üretir. Bu sürekli radyasyon, tozun sıcaklığı gibi fiziksel bilgileri açığa çıkarır. Spitzer, Herschel ve Planck gibi uzay teleskoplarının tümü, yıldızlararası toz radyasyonunun tespitine büyük katkılarda bulunmuştur.
Emilim ve emisyon
Toz moleküllerindeki elektronlar, belirli dalga boylarındaki fotonları emecek olan atomlar gibi geçişler yapmak için belirli bir dalga boyundaki ışıkla da uyarılır. Arka plan ışığı toz moleküllerinden geçtiğinde, bu spesifik ışık dalga boyları, spektrumda bir soğurma çizgisi bırakarak yenilir (emilir). Elektronik geçişler tarafından emilen enerjiye ek olarak, kimyasal bağ titreşimleri ve moleküler dönüşler de soğurma hatları üretmek için geçen elektromanyetik dalgalardan belirli enerjiyi emer.
Moleküller her zaman düşük enerji seviyesinde kalmayı severler, bu yüzden yakında yedikleri enerjiyi tüküreceklerdir. Bu süreç, elektromanyetik dalgaların belirli bir dalga boyunda bir emisyon çizgisi oluşturacaktır. Teorik olarak moleküler tipler, bu absorpsiyon / emisyon hatlarının pozisyonlarına göre belirlenebilir.
Moleküler türlerin tanımlanması
Moleküller elektronik geçişler, kimyasal bağ titreşimleri ve dönüşler olduğu için, çeşitli enerji soğurma yöntemlerinin eşzamanlı kullanımı, soğurma / emisyon hatlarının atomlarınkinden çok daha karmaşık görünmesini sağlar. Bu büyük bir sorunu ortaya çıkarır - bu kadar canlı bir spektral çizgi tarafından hangi tür molekül üretilir?
1922'den beri gökbilimciler, ultraviyole ile kızıl ötesine yakın yıldız spektrumunda yıldızlararası moleküllerden yüzlerce absorpsiyon çizgisi keşfettiler, ancak hangi moleküllerin üretildiğini doğrulayamıyorlar. Evrende büyük bir gizem haline geldiler ve gökbilimciler onları dağınık yıldızlararası bölgeler olarak adlandırdılar.
2015 yılına kadar bazı gökbilimciler, emilim çizgilerinin üçünün bir grafen iyonundan (C60 +) geldiğini doğruladıklarını iddia ettiler. Aşağıdaki resim, futbola benzeyen bu tuhaf organik molekülü göstermektedir. Bu, insanlar yıldızlararası kuşağı yayan taşıyıcı molekülleri ilk kez doğruladılar. Bu, grafenin yıldızlararası uzayda var olduğu ilk zamandır.
Şekil 6. Futbolenin moleküler yapısı (C60),
Her top bir karbon atomudur,
Bir elektron kaybeder ve pozitif bir iyon oluşturur C60 +
Resim kaynağı: ewels.info
Bazı uzmanlar kesin olsa da, tartışmalar hala var. Son çalışmalar, bu üç absorpsiyon çizgisinin hiç grafen olmadığını sorguladı. Bu tür bir drama, yaklaşık yüz yıldır yıldızlararası dağılma bölgesinin araştırma tarihinde defalarca gerçekleştirildi - bir grup insan önce belirli bir molekülü ilan edip doğruladı ve başka bir grup insan kısa süre sonra yüzlerini tokatlamaya geldi. Bu aynı zamanda bir dereceye kadar yıldızlararası ortam üzerine çalışmanın son derece zor bir iş olduğunu da yansıtıyor: Sadece sabır, bilgelik değil, gelecek nesillerden korkmayan kalın tenli bir insan da gerektiriyor ...
