A hideg üstökösök forró vizet termelnek

A kutatók a vízképződés szokatlan módját azonosítják

Hale-Bopp üstökös. Az aktív régiók pontos elhelyezkedése csak távcsővel szinte lehetetlen. © NASA
felolvasta

A vízben található a földi élet eredete. Mivel a víz a üstökösök egyik fő alkotóeleme, a csillagászok azt gyanítják, hogy a Naprendszer korai napjaiban az élet elikxírjének legalább egy részét a Földre hozták. Egy nemzetközi kutatócsoportnak most sikerült részletesen megfejtenie a vízmolekulák kialakulását az ultrahíg üstökösökben.

Meglepő módon felfedezték, hogy az ott található vízmolekulák 60 000 fokos forró részecskék formájában keletkeznek. Kutatásukhoz a fizikusok nem távcsövet használtak, hanem részecskegyorsítót, a "Physical Review Letters" folyóiratban számoltak be.

A üstökösökben és csillagközi felhőkben a víz forrása a pozitívan töltött hidrónium-ion H3O plusz. Ez a részecske a földről távcsövekkel érzékelhető. A negatív töltésű elektronok általában a kozmikus felhőkben repülnek körül, így gyakran összecsapások fordulhatnak elő. Így a hidrónium-ion semleges H3O molekulává válik, de nem víz. A természet azonban a H3O instabilitását és azonnali szétesését okozta.

Versenypálya töltött részecskékhez

"Ehhez három választási lehetőséget kínál, " magyarázza Andreas Wolf a heidelbergi Max Planck Nukleáris Fizikai Intézetből: "Vagy H2O plusz H, OH plusz H2 vagy OH plusz két H atom keletkezik." A jelenlegi kutatások egyik célja: Tudja meg, milyen gyakorisággal fordul elő a három típusú bomlás és a víz képződik. Wolf és munkatársai ezt a kérdést úgy vizsgálják meg, hogy a laboratóriumi elektronfelhalmozást beállítják. Erre a célra Heidelberg teszttároló gyűrűt használnak, egyfajta 55 méteres versenypályát, amelyen a töltött részecskéket mágnesek vezetik.

Ebben a gyűrűben a kutatók hidróniumionokat, konkrétabban a D3O pluszt, azaz a deutérium nehéz hidrogénatomjaiból származó hidróniumionokat táplálják. A nehéz hidrogént használják kísérleti okokból, de kísérleteik értelmezése ezt nem befolyásolja. Ezenkívül a gyűrű egy pontján kívülről érkeznek elektronok, amelyek az ionokat kísérik egy alig két méter hosszú szakaszon, majd ismét elhagyják a gyűrűt. Ez minden alkalommal megtörténik, tehát másodszor több százezer-szer. kijelző

A hidróniumionból származó elektron elfogásának és bomlásának grafikája. A százalékok azt mutatják, hogy az ion miért szakad el ilyen módon. MPI a nukleáris fizika számára

A hat esetben az egyik a víz képződik a pusztulás során

Az elektronfürdőben a hidróniumionokkal rendelkező elektronok - szinte, mint az űrben - összeállnak, és molekulákat képeznek, amelyek azonnal szétesnek. A fragmentumok azonban elektromosan semlegesek. Ezért nem reagálnak a mágneses mezőre és repülnek ki a tároló gyűrűből. Ezen a ponton a Wolf csoport telepített egy érzékelőt, amely regisztrálja a behatoló részecskéket. Ezt az érzékeny eszközt a Rehovotban található izraeli Weizmann Intézet kollégáival együttműködésben fejlesztették ki.

Másodpercenként legfeljebb ezer "kép" -vel a detektor regisztrálja az összes bomlástermék molekulatömegét és impulzusát. Ezen adatok alapján a folyamatok pontosan rekonstruálhatók, amikor az elektronok lerakódnak, és a molekula ezt követõen felbomlik. Az első fontos eredmény: Az elektroncsatlakozás során a hidrónium 16, 5% -ra bomlik - a hat esetben az egyik - a vízre. "Ez egy nagyon magas érték" - mondja Wolf. "A hidróniumionokhoz való elektroncsatlakozás valószínűleg a fő víztermelési út a csillagközi felhőkben és üstökösökben."

A molekulák maximális energiával rezegnek

Ugyanakkor leggyakrabban, nevezetesen 71% -ban, a hidrónium-ion feloszlik a három OH komponensre és két H-atomra. A kutatók miért így van így: Amint az elektron az ionhoz kapcsolódik, felszabadul a kötőenergia. Ez felszívja a teljes molekulát, és rezegni kezd, hasonlóan egy spirális rugóhoz, amelyet feszítenek és elengednek.

"Mindenki meglepetésére kiderült, hogy a molekulák a lehető legnagyobb energiával rezegnek" - mondja Wolf. Ez azt jelenti, hogy minden molekula hamarosan megszakad az elektroncsatlakozás során, és kettő helyett háromra osztja. A nagy vibrációs energia hőmérsékleten is átalakítható. A fizikusok 60 000 Celsius fokot érnek el: tehát a víz jön a világba.

Bemenet kvantummechanikai modellekhez

Az új eredmények további következményekkel járnak - mondják a kutatók. Egyrészt paraméterekként használják őket számítógépes modellekben, amelyekkel kiszámítják a csillagközi felhők komplex reakcióhálózatát.

Másrészt elmagyarázza azokat a rejtélyes vonásokat, amelyeket a csillagászok megfigyeltek egyes üstökösök infravörös spektrumában: az újonnan született vízmolekulák fokozatosan rezegnek, és minden további de-gerjesztési szakaszban infravörös sugárzást bocsátanak ki. És utoljára, de nem utolsósorban, az új eredmények példátlanul részletes információkat szolgáltatnak a hidrónium-ion elektronikai folyamatairól, és így ezeknek a molekuláknak a kvantummechanikai modelljeihez szolgálnak.

(MPG, 2010. 09. 07 - DLO)