Z laboratorium do CW Leonis: polowanie na metaliczną cząsteczkę
Wiadomo, że obłok sadzy otaczający gwiazdę węglową CW Leonis zawiera ponad 50 rodzajów cząsteczek, a pozostałe nieprzypisane linie widmowe wskazują, że cząsteczek jest znacznie więcej. Czy laboratoryjne badanie metalicznej cząsteczki może pomóc nam zidentyfikować niektóre z tych tajemniczych linii widmowych?
Obraz UV gwiazdy CW Leonis wykonany z sondy Galaxy Evolution Explorer (GALEX) pokazuje niezwykłą powłokę otaczającą gwiazdę.
Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Astronomowie odkryli ponad 200 cząsteczek w kosmosie od czasu, gdy w 1937 roku znaleziono pierwszą cząsteczkę. Odkrycia te potwierdziły coś niesamowitego – że w zimnym, rzadkim środowisku kosmicznym pojedyncze atomy mogą łączyć się, tworząc złożone cząsteczki. Znalezienie cząsteczek w kosmosie stanowi zarówno wyzwanie, jak i szansę; jak możemy wyjaśnić obecność cząstek w tak bezlitosnym środowisku i jak możemy wykorzystać fakt, że one istnieją, aby poznać chemię przestrzeni międzygwiazdowej i okołogwiazdowej?
Jednym z najlepszych miejsc do badania cząsteczek pozaziemskich jest pyłowy całun i wypływ gwiazdy CW Leonis, znanej również jako IRC +10216. CW Leonis to gwiazda węglowa: nadolbrzym z dużą zawartością węgla w swojej atmosferze. Wśród wielu cząsteczek CW Leonis znajdują się związki zawierające metale, takie jak SiC2, co skłoniło badaczy do zastanowienia się, czy podobne cząsteczki mogą być odpowiedzialne za którekolwiek z pozostałych niezidentyfikowanych linii w widmie CW Leonis.
Zespół kierowany przez Bryana Changalę (Center for Astrophysics ∣ Harvard & Smithsonian) skoncentrował swoje poszukiwania na MgC2. Changala i współpracownicy uznali za prawdopodobne, że pyłowy całun CW Leonis zawiera MgC2, ponieważ jest chemicznie podobny do już odkrytego SiC2 i znaleziono tam wiele innych cząsteczek zawierających magnez.
Jak jednak ustalić, czy linie widmowe gwiazdy są wywołane konkretną cząsteczką? Aby mieć pewność, że odkryliśmy cząsteczkę w kosmosie, musimy znać jej widmo, które najlepiej określić badając cząsteczkę w laboratorium. W przypadku MgC2 naukowcy wykorzystali modele mechaniki kwantowej do przewidywania widma cząsteczki, ale nigdy nie potwierdzili tego w laboratorium.
Changala i współautorzy pracy połączyli atomy magnezu z cząsteczkami acetylenu, które składają się z węgla i wodoru, mając nadzieję na syntezę MgC2. Zespół z powodzeniem dopasował linię widmową z próbkami do linii przewidywanej przez modele mechaniki kwantowej i przeprowadził dodatkowe testy, aby upewnić się, że stworzona przez nich cząsteczka jest w rzeczywistości MgC2.
Ostatecznie Changala i współpracownicy wykorzystali widmo nowo zsyntetyzowanej cząsteczki do przypisania 14 nieznanych linii widmowych CW Leonis do MgC2 i jego izotopologów – cząsteczek o tym samym wzorze chemicznym i strukturze, w których jeden lub więcej atomów ma różną liczbę neutronów.
Co nam mówi odkrycie MgC2 w widmie CW Leonis? Porównując obfitość MgC2 w otoczeniu gwiazdy z obfitością innych cząsteczek zawierających magnez, naukowcy mogą dowiedzieć się, jak powstają te cząsteczki. Dodatkowo obserwacje te mogą pomóc nam zrozumieć, w jaki sposób metale wpływają na chemię środowisk bogatych w węgiel, takich jak otoczenie gwiazd węglowych, pomagając uchylić rąbka tajemnicy na temat tych obiektów.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
