鐵是宇宙第 6 多的元素,但它們會「變臉」成碳分子讓科學家找不到!

圖片來源:Arizona State University

在宇宙中,鐵是含量最多的金屬元素,它們以氣態的形式存在於恆星中,也以固態的形式存在於行星上。但科學家一直覺得很奇怪,理論上鐵也應該要大量存在於星際之間,為什麼實際偵測的時候,只找到少量的氣態鐵?

近期亞利桑那州立大學(ASU)的團隊發表有重大發現:星際之間的確有大量的鐵,只不過它們「變臉」了!它們成碳的樣子,所以科學家才偵測不到。

該團隊將研究論文發表在《The Astrophysical Journal》中。

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鐵是宇宙含量第 6 多的元素,但科學家始終偵測不到

根據維基百科的 資料 ,鐵是宇宙中含量第 6 多的元素(僅次於氫、氦、氧、碳、氖),也是宇宙中含量最多的金屬元素。鐵經由恆星的核融合生成,會以氣體的形式存在於恆星內部;它也是組成行星的重要元素,例如地球的地殼,鐵就是含量第 4 多的元素(僅次於氧、矽、鋁)。

據此推斷,鐵也應該要大量存在於星際空間裡,但是科學家用儀器偵測時,卻始終找不到鐵,這讓科學家感到相當奇怪。終於在近期,亞利桑那州立大學(ASU)終於發現原因所在。

鐵與碳結合成鐵偽碳炔分子,讓科學家誤判

ASU 的研究團隊指出,在極冷的星際空間裡,碳鏈會附著在鐵原子的上面,形成所謂的鐵偽碳炔(iron pseudocarbynes)分子。它的原理很像人造雨,人類燃燒碘化銀,煙屑上升到雲層中形成凝結核,吸附雲中的水分子,形成更大的水滴而降雨;在寒冷的星際空間裡,鐵原子就相當於凝結核,讓碳原子「凝結」在上面,成為鐵偽碳炔分子。

鐵偽碳炔的光譜特徵與一般的碳分子非常相似,看不出鐵的痕跡,導致科學家誤判。星際空間實際上有大量的鐵,跟科學家預測的一樣,只不過這些鐵「變臉」成碳分子,讓科學家認為自己探測到的是碳。宇宙中「消失的鐵」謎團終於破解。

鐵偽碳炔分子結構。圖片來源:Arizona State University

因為鐵原子,讓不穩定的碳分子可以存在

此外,這個發現也解答科學家的另一個謎團:為何宇宙中不穩定的碳分子那麼多。碳鏈若有超過 9 個碳原子,會變得不穩定,但科學家發現,宇宙中的碳鏈常有超過 9 個碳原子。鐵原子扮演凝聚的角色,把碳原子凝聚起來,讓他們更穩定。

雖然人類利用各種先進的技術,例如用光譜、磁場、重力透鏡等方式探索宇宙,但宇宙很大,有太多我們不知道的事情,因此探測方式可能會「誤導」我們的研究。科學家偵測不到星際間的鐵,因為它們的存在方式「鐵偽碳炔」讓科學家誤判成碳,就是一個例子。面對宇宙,人類真的是需要謙卑,謙卑,再謙卑。

參考資料來源:
1.《Arizona State University》:〈Interstellar iron isn’t missing, it’s just hiding in plain sight
2.《Universe Today》:〈There Should Be More Iron In Space. Why Can’t We See It?
3.《PHYSORG》:〈Interstellar iron isn’t missing, it’s just hiding in plain sight
4.《科技新報》:〈 星際空間的鐵消失去哪了?研究:就在我們眼前,只是換了張臉
(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Arizona State University

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