Symulacja międzygwiezdnych ziaren pyłu. Źródło obrazu: OSU. Kliknij, aby powiększyć.
Harlan Ellison, pisarz science fiction, powiedział kiedyś, że najczęstszymi pierwiastkami we wszechświecie są wodór i głupota.
Podczas gdy werdykt wciąż jest przedmiotem głupoty, naukowcy od dawna wiedzą, że wodór jest zdecydowanie najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie. Kiedy spoglądają przez swoje teleskopy, widzą wodór w ogromnych chmurach pyłu i gazu między gwiazdami? - szczególnie w gęstszych regionach, które zapadają się, tworząc nowe gwiazdy i planety.
Pozostała jednak jedna tajemnica: dlaczego duża część tego wodoru w postaci molekularnej - z połączonymi ze sobą dwoma atomami wodoru - a nie jego pojedyncza forma atomowa? Skąd wziął się cały ten molekularny wodór? Badacze z Ohio State University niedawno postanowili to rozgryźć.
Odkryli, że jeden z pozoru drobny szczegół - czy powierzchnie ziaren pyłu międzygwiezdnego są gładkie czy nierówne - może wyjaśnić, dlaczego we wszechświecie jest tak dużo wodoru cząsteczkowego. Przedstawili swoje wyniki na 60. Międzynarodowym Sympozjum Spektroskopii Molekularnej, które odbyło się na Ohio State University.
Wodór jest najprostszym znanym pierwiastkiem atomowym; składa się tylko z jednego protonu i jednego elektronu. Naukowcy zawsze przyjmowali za pewnik istnienie wodoru molekularnego podczas tworzenia teorii o tym, skąd pochodzą wszystkie większe i bardziej skomplikowane cząsteczki we wszechświecie. Ale nikt nie potrafił wyjaśnić, ile atomów wodoru było w stanie uformować cząsteczki - do tej pory.
Jeśli chodzi o wytwarzanie wodoru molekularnego, idealna mikroskopijna powierzchnia gospodarza jest „mniej podobna do płaskości Ohio, a bardziej przypomina panoramę Manhattanu”.
Aby dwa atomy wodoru miały wystarczająco dużo energii, by związać się w zimnych przestrzeniach kosmicznych, muszą najpierw spotkać się na powierzchni, wyjaśnił Eric Herbst, wybitny profesor fizyki na Uniwersytecie Ohio.
Chociaż naukowcy podejrzewali, że pył kosmiczny zapewnia powierzchnię niezbędną do takich reakcji chemicznych, symulacje laboratoryjne procesu nigdy nie zadziałały. Przynajmniej nie działały wystarczająco dobrze, aby wyjaśnić pełną obfitość wodoru cząsteczkowego, którą naukowcy widzą w kosmosie.
Herbst, profesor fizyki, chemii i astronomii, dołączył do Hermy Cuppen, doktora habilitowanego i Qiang Chang, doktoranta, zarówno fizyki, aby symulować różne powierzchnie pyłu na komputerze. Następnie modelowali ruch dwóch atomów wodoru poruszających się po różnych powierzchniach, dopóki nie znaleźli się nawzajem, tworząc cząsteczkę.
Biorąc pod uwagę ilość pyłu, który według naukowców unosi się w przestrzeni, badacze ze stanu Ohio byli w stanie symulować wytwarzanie odpowiedniej ilości wodoru, ale tylko na wyboistych powierzchniach.
Jeśli chodzi o wytwarzanie wodoru molekularnego, idealna mikroskopijna powierzchnia gospodarza jest „mniej podobna do płaskości Ohio, a bardziej przypomina panoramę Manhattanu”. Powiedział Herbst.
Wydaje się, że problemem poprzednich symulacji jest to, że zawsze zakładali płaską powierzchnię.
Cuppen rozumie dlaczego. „Gdy chcesz coś przetestować, rozpoczęcie od płaskiej powierzchni jest po prostu szybsze i łatwiejsze?” powiedziała
Powinna wiedzieć. Jest ekspertem w dziedzinie nauk o powierzchni, a mimo to zbudowanie modelu wyboistego pyłu zajęło jej miesiące i wciąż pracuje nad jego udoskonaleniem. Ostatecznie inni naukowcy będą mogli użyć modelu do symulacji innych reakcji chemicznych w kosmosie.
W międzyczasie naukowcy z Ohio State współpracują z kolegami z innych instytucji, które produkują i używają rzeczywistych wyboistych powierzchni, które naśladują teksturę kosmicznego pyłu. Chociaż rzeczywiste cząstki pyłu kosmicznego są tak małe jak ziarenka piasku, te większe, wielkości centów wielkości pozwolą naukowcom sprawdzić, czy różne tekstury pomagają w tworzeniu wodoru molekularnego w laboratorium.
Oryginalne źródło: OSU News Release
