Il ferro è uno degli elementi più abbondanti nell'universo, insieme ad elementi più leggeri come idrogeno, ossigeno e carbonio. Nello spazio interstellare, dovrebbero esserci abbondanti quantità di ferro nella sua forma gassosa. Allora perché, quando l'astrofisico si affaccia nello spazio, ne vede così poco?
Prima di tutto, c'è una ragione per cui il ferro è così abbondante, ed è collegato a una cosa dell'astrofisica chiamata picco di ferro.
Nel nostro universo, elementi diversi dall'idrogeno e dall'elio sono creati dalla nucleosintesi nelle stelle. (Idrogeno, elio e un po 'di litio e berillio sono stati creati nella nucleosintesi del Big Bang.) Ma gli elementi non sono stati creati in quantità uguali. C'è un'immagine che aiuta a mostrarlo.
La ragione del picco di ferro ha a che fare con l'energia richiesta per la fusione nucleare e per la fissione nucleare.
Per gli elementi più leggeri del ferro, alla sua sinistra, la fusione libera energia e la fissione la consuma. Per gli elementi più pesanti del ferro, alla sua destra è vero il contrario: la sua fusione che consuma energia e la fissione che la rilascia. È a causa di quella che viene chiamata energia di legame nella fisica atomica.
Questo ha senso se pensi alle stelle e all'energia atomica. Usiamo la fissione per generare energia nelle centrali nucleari con l'uranio, che è molto più pesante del ferro. Le stelle creano energia con la fusione, usando l'idrogeno, che è molto più leggero del ferro.
Nella vita ordinaria di una stella, gli elementi fino al ferro incluso sono creati dalla nucleosintesi. Se vuoi elementi più pesanti del ferro, devi aspettare che accada una supernova e la conseguente nucleosintesi della supernova. Poiché le supernovae sono rare, gli elementi più pesanti sono più rari degli elementi leggeri.
È possibile trascorrere una straordinaria quantità di tempo scendendo nella tana del coniglio della fisica nucleare e, se lo fai, incontrerai un'enorme quantità di dettagli. Ma fondamentalmente, per le ragioni di cui sopra, il ferro è relativamente abbondante nel nostro Universo. È stabile e richiede un'enorme quantità di energia per fondere il ferro in qualcosa di più pesante.
Perché non possiamo vederlo?
Sappiamo che il ferro in forma solida esiste nei nuclei e nelle croste di pianeti come il nostro. E sappiamo anche che è comune in forma gassosa in stelle come il Sole. Ma il fatto è che dovrebbe essere comune negli ambienti interstellari nella sua forma gassosa, ma non possiamo vederlo.
Poiché sappiamo che deve essere lì, l'implicazione è che è racchiuso in qualche altro processo o forma solida o stato molecolare. E anche se gli scienziati hanno cercato decenni, e anche se dovrebbe essere il quarto elemento più abbondante nel modello di abbondanza solare, non l'hanno trovato.
Fino ad ora.
Ora un team di cosmochimici dell'Arizona State University afferma di aver risolto il mistero del ferro mancante. Dicono che il ferro si sia nascosto in bella vista, in combinazione con le molecole di carbonio in cose chiamate pseudocarburi. E gli pseudocarburi sono difficili da vedere perché gli spettri sono identici ad altre molecole di carbonio che sono abbondanti nello spazio.
Il team di scienziati include l'autore principale Pilarasetty Tarakeshwar, professore associato di ricerca presso la School of Molecular Sciences dell'ASU. Gli altri due membri sono Peter Buseck e Frank Timmes, entrambi nella School of Earth e Space Exploration dell'ASU. Il loro articolo si intitola "Sulla struttura, le proprietà magnetiche e gli spettri infrarossi di pseudocarburi di ferro nel mezzo interstellare" ed è pubblicato sull'Astrophysical Journal.
"Proponiamo una nuova classe di molecole che probabilmente saranno diffuse nel mezzo interstellare", ha dichiarato Tarakeshwar in un comunicato stampa.
Il team si è concentrato sul ferro gassoso e su come solo pochi atomi potrebbero unirsi agli atomi di carbonio. Il ferro si combinerebbe con le catene di carbonio e le molecole risultanti conterrebbero entrambi gli elementi.
Hanno anche esaminato le prove recenti di ammasso di atomi di ferro in polvere di stelle e meteoriti. Nello spazio interstellare, dove fa molto freddo, questi atomi di ferro agiscono in un certo modo come "nuclei di condensazione" per il carbonio. Le varie lunghezze delle catene di carbonio si attaccherebbero a loro e quel processo produrrebbe molecole diverse da quelle prodotte con ferro gassoso.
Non siamo riusciti a vedere il ferro in queste molecole, perché si mascherano come molecole di carbonio senza ferro.
In un comunicato stampa, Tarakeshwar ha dichiarato: "Abbiamo calcolato come sarebbero stati gli spettri di queste molecole e abbiamo scoperto che hanno firme spettroscopiche quasi identiche alle molecole della catena del carbonio senza ferro". Ha aggiunto che per questo motivo, "precedenti osservazioni astrofisiche avrebbero potuto trascurare queste molecole di carbonio più ferro".
Buckyball e Mothball
Non solo hanno trovato il ferro "mancante", ma potrebbero aver risolto un altro mistero di lunga durata: l'abbondanza di molecole instabili di catene di carbonio nello spazio.
Le catene di carbonio che hanno più di nove atomi di carbonio sono instabili. Ma quando gli scienziati guardano nello spazio, trovano catene di carbonio con più di nove atomi di carbonio. È sempre stato un mistero come la natura fosse in grado di formare queste catene instabili.
A quanto pare, è il ferro che conferisce stabilità a queste catene di carbonio. "Le catene di carbonio più lunghe sono stabilizzate dall'aggiunta di ammassi di ferro", ha affermato Buseck.
Non solo, ma questa scoperta apre una nuova strada per la costruzione di molecole più complesse nello spazio, come gli idrocarburi poliaromatici, di cui il naftalene è un esempio familiare, essendo l'ingrediente principale nelle falene.
Ha detto Timmes, "Il nostro lavoro fornisce nuove intuizioni per colmare il divario che sbadiglia tra molecole contenenti nove o meno atomi di carbonio e molecole complesse come il buckminsterfullerene C60, meglio noto come" buckyballs ".
Fonti:
- Comunicato stampa: il ferro interstellare non manca, si sta semplicemente nascondendo in bella vista
- Documento di ricerca: sulla struttura, proprietà magnetiche e spettri infrarossi di pseudocarburi di ferro nel mezzo interstellare
