Besi adalah salah satu unsur yang paling banyak terdapat di Alam Semesta, bersama dengan unsur yang lebih ringan seperti hidrogen, oksigen, dan karbon. Di luar ruang antara bintang, terdapat banyak besi dalam bentuk gasnya. Jadi mengapa, ketika ahli astrofizik melihat ke luar angkasa, adakah mereka melihatnya sedikit?
Pertama sekali, ada alasan bahawa besi sangat banyak, dan ia berkaitan dengan perkara dalam astrofizik yang disebut puncak besi.
Di Alam Semesta kita, unsur-unsur selain hidrogen dan helium diciptakan oleh nukleosintesis dalam bintang. (Hidrogen, helium, dan beberapa litium dan berilium diciptakan dalam nukleosintesis Big Bang.) Tetapi unsur-unsur itu tidak diciptakan dalam jumlah yang sama. Terdapat gambar yang membantu menunjukkan ini.
Sebab puncak besi itu berkaitan dengan tenaga yang diperlukan untuk peleburan nuklear dan pembelahan nuklear.
Untuk unsur-unsur yang lebih ringan daripada besi, di sebelah kirinya, peleburan melepaskan tenaga dan pembelahan memakannya. Untuk unsur-unsur yang lebih berat daripada besi, di sebelah kanannya, sebaliknya adalah benar: peleburannya yang menghabiskan tenaga, dan pembelahan yang melepaskannya. Ini kerana apa yang disebut tenaga pengikat dalam fizik atom.
Itu masuk akal jika anda memikirkan bintang dan tenaga atom. Kami menggunakan pembelahan untuk menghasilkan tenaga di loji tenaga nuklear dengan uranium, yang jauh lebih berat daripada besi. Bintang menghasilkan tenaga dengan gabungan, menggunakan hidrogen, yang jauh lebih ringan daripada besi.
Dalam kehidupan biasa bintang, unsur-unsur hingga dan termasuk besi diciptakan oleh nukleosintesis. Sekiranya anda menginginkan unsur yang lebih berat daripada besi, anda harus menunggu supernova berlaku, dan nukleosintesis supernova yang dihasilkan. Oleh kerana supernova jarang berlaku, elemen yang lebih berat lebih jarang daripada unsur cahaya.
Anda mungkin menghabiskan banyak masa untuk memasuki lubang arnab fizik nuklear, dan jika anda melakukannya, anda akan menemui banyak perincian. Tetapi pada dasarnya, untuk alasan di atas, besi agak banyak terdapat di Alam Semesta kita. Ia stabil, dan memerlukan sejumlah besar tenaga untuk menyatukan besi menjadi sesuatu yang lebih berat.
Mengapa Kita Tidak Boleh Melihatnya?
Kita tahu bahawa besi dalam bentuk pepejal wujud di teras dan kerak planet seperti kita sendiri. Dan kita juga tahu bahawa perkara biasa dalam bentuk gas di bintang seperti Matahari. Tetapi masalahnya adalah, perkara itu biasa terjadi di persekitaran antara bintang dalam bentuk gasnya, tetapi kita tidak dapat melihatnya.
Oleh kerana kita tahu ia mesti ada, implikasinya adalah bahawa ia dibungkus dalam beberapa proses lain atau bentuk pepejal atau keadaan molekul. Dan walaupun para saintis telah mencari selama beberapa dekad, dan walaupun ia harus menjadi elemen paling banyak keempat dalam corak kelimpahan solar, mereka tidak menjumpainya.
Sehingga kini.
Kini pasukan ahli kosmokimia dari Arizona State University mengatakan bahawa mereka telah menyelesaikan misteri besi yang hilang. Mereka mengatakan bahawa besi itu bersembunyi dalam pandangan yang jelas, yang digabungkan dengan molekul karbon dalam benda-benda yang disebut pseudocarbynes. Dan pseudocarbynes sukar dilihat kerana spektrumnya serupa dengan molekul karbon lain yang banyak terdapat di angkasa.
Pasukan saintis termasuk pengarang utama Pilarasetty Tarakeshwar, profesor penyelidik di Sekolah Sains Molekul ASU. Dua anggota yang lain adalah Peter Buseck dan Frank Timmes, kedua-duanya di Sekolah Bumi dan Penerokaan Angkasa ASU. Makalah mereka berjudul "On the Structure, Magnetic Properties, and Infrared Spectra of Iron Pseudocarbynes in Interstellar Medium" dan diterbitkan dalam Jurnal Astrophysical.
"Kami mencadangkan kelas molekul baru yang kemungkinan besar tersebar di medium antarbintang," kata Tarakeshwar dalam siaran pers.
Pasukan ini memfokuskan pada besi gas, dan bagaimana hanya beberapa atom yang bergabung dengan atom karbon. Besi akan bergabung dengan rantai karbon, dan molekul yang dihasilkan akan mengandung kedua unsur tersebut.
Mereka juga melihat bukti sekumpulan atom besi dalam stardust dan meteorit baru-baru ini. Di luar ruang antara bintang, di mana sangat sejuk, atom besi ini bertindak seperti "inti pemeluwapan" untuk karbon. Panjang rantai karbon yang bervariasi akan melekat padanya, dan proses itu akan menghasilkan molekul yang berbeza daripada yang dihasilkan dengan besi gas.
Kita tidak dapat melihat zat besi dalam molekul ini, kerana ia menyamar sebagai molekul karbon tanpa besi.
Dalam siaran pers, Tarakeshwar mengatakan, "Kami mengira seperti apa spektrum molekul ini, dan kami mendapati bahawa mereka mempunyai tanda tangan spektroskopi yang hampir sama dengan molekul rantai karbon tanpa besi." Dia menambahkan bahawa kerana ini, "Pemerhatian astrofisik sebelumnya dapat mengabaikan molekul karbon ditambah besi ini."
Bola Bucky dan Mothball
Mereka bukan sahaja menemui besi yang "hilang", tetapi mereka juga dapat menyelesaikan satu lagi misteri lama: banyaknya molekul rantai karbon yang tidak stabil di angkasa.
Rantai karbon yang mempunyai lebih daripada sembilan atom karbon tidak stabil. Tetapi apabila para saintis melihat ke luar angkasa, mereka menjumpai rantai karbon dengan lebih dari sembilan atom karbon. Sudah menjadi misteri bagaimana alam dapat membentuk rantai yang tidak stabil ini.
Ternyata, besi inilah yang memberikan kestabilan rantai karbon ini. "Rantai karbon yang lebih lama distabilkan dengan penambahan kelompok besi," kata Buseck.
Bukan hanya itu, tetapi penemuan ini membuka jalan baru untuk membina molekul yang lebih kompleks di ruang angkasa, seperti hidrokarbon poliaromatik, yang mana naftalena adalah contoh yang tidak asing lagi, yang menjadi bahan utama dalam mothball.
Kata Timmes, "Kerja kami memberikan pandangan baru untuk menjembatani jurang menguap antara molekul yang mengandungi sembilan atau kurang atom karbon dan molekul kompleks seperti C60 buckminsterfullerene, yang lebih dikenal sebagai 'buckyballs.'"
Sumber:
- Siaran Akhbar: Besi antar bintang tidak hilang, hanya bersembunyi di depan mata
- Kertas Penyelidikan: Mengenai Struktur, Sifat Magnetik, dan Spektrum Inframerah Besi Pseudocarbynes di Medium Antarbintang
