Οι κομήτες, που μερικές φορές ονομάζονται "βρώμικες χιονόμπαλες," σε μεγάλο βαθμό αποτελούνται από νερό. Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Andreas Wolf του Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής της Max-Planck, πρόσφατα κατάφερε να αποκρυπτογραφήσει μια σημαντική πτυχή του τρόπου με τον οποίο σχηματίζονται τα μόρια του νερού συχνά στο διάστημα. Και προς έκπληξη τους, τα μόρια του νερού που παράγονται κάτω από ψυχρές, αραιωμένες συνθήκες αποδείχθηκαν τελικά ότι παράγονται ως καυτά σωματίδια, θερμοκρασίας 60.000 Kelvin. Στην έρευνά τους, οι φυσικοί, όμως, δεν χρησιμοποίησαν τηλεσκόπιο για την παρατήρηση τους, αλλά έναν επιταχυντή σωματιδίων.
Διάσπαση σε τρεις διαδρομές. Ένα ιόν υδρόνιουμ D3O+(hydronium) αιχμαλωτίζει ένα ηλεκτρόνιο φτιάχνοντας μια κατάσταση Rydberg που μπορεί στη συνέχεια να διασπαστεί σε τρία διαφορετικά τμήματα. Εμφανίζεται δε η σχετική απόδοση των τριών δρόμων.
Η έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό Physical Review Letters.
Σε κομήτες, καθώς και στα διαστρικό νέφη, το πρόδρομο μόριο του νερού είναι το θετικά φορτισμένο ιόν D3O+ hydronium. Αυτό το ιόν μπορεί να ανιχνευθεί από τη Γη μόνο με τηλεσκόπια. Στα κοσμικά νέφη είναι επίσης παρόντα και τα αρνητικά ηλεκτρόνια, κάνοντας έτσι συχνές συγκρούσεις μαζί τους. Με αυτές τα ιόντα hydronium μετατρέπονται στις ουδέτερες ασταθείς ρίζες H3O, οι οποίες διασπώνται γρήγορα.
"Για την αντίδραση της διάσπασης της τελευταίας ρίζας, η φύση προσφέρει τρεις επιλογές," περιγράφει ο Andreas Wolf, σχηματίζοντας είτε D2O συν D, ή OD συν D2, ή D2Ο συν δύο άτομα D. Η νέα έρευνα προσπαθεί να καθορίσει τις αποδόσεις των εν λόγω δρόμων, συμπεριλαμβανομένων και του νερού.
Ο Wolf και οι συνάδελφοί του διερεύνησαν το θέμα αυτό αναπαράγοντας την προσάρτηση του ηλεκτρονίου στο εργαστήριο. Χρησιμοποίησαν έναν επιταχυντή στη Χαϊδελβέργη με περίμετρο 55 μέτρων, στον οποίο τα φορτισμένα σωματίδια στρέφονταν κυκλικά, καθοδηγούνται από μαγνήτες.
Το πρώτο σημαντικό αποτέλεσμα: 16,5 τοις εκατό όλων των διασπάσεων που ακολουθούν την προσάρτηση των ηλεκτρονίων οδηγούν στο μόριο του νερού. «Πρόκειται για ένα αρκετά μεγάλο αριθμό», λέει ο Wolf. "Η προσάρτηση ηλεκτρονίου στα ιόντα hydronium μπορεί κάλλιστα να είναι το πιο σημαντικό μονοπάτι για την παραγωγή νερού σε διαστρικά νέφη και κομήτες."
Πιο συχνά, με μια απόδοση 71 τοις εκατό, τα ιόντα του hydronium σε αυτό το πείραμα βρέθηκαν να σπάνε σε τρία κομμάτια, δηλαδή OD και δύο άτομα υδρογόνου (δευτέριου για την ακρίβεια ή βαρύ υδρογόνου). Οι ερευνητές μπορούν να καταλάβουν πλέον τον λόγο για αυτή τη συμπεριφορά. Η προέλευση του είναι η μεγάλη ενέργεια σύνδεσης που απελευθερώνεται από την προσάρτηση του ηλεκτρονίου. Όλο το μόριο αισθάνεται την ενέργεια αυτή και αρχίζει μια δόνηση παρόμοιο με ένα ελατήριο που ταλαντώνεται.
"Με έκπληξη διαπιστώσαμε ότι τα μόρια του νερού δονούνται με σχεδόν τη μέγιστη ενέργεια που μπορούν ενδεχομένως να υποστηρίξουν”, λέει ο Wolf. Με αυτό τον τρόπο, κάθε μόριο του νερού συνεπεία της δέσμευσης των ηλεκτρονίων είναι κοντά στην διάσπαση.
Η υψηλή παλμική ενέργεια που παρατηρήθηκε μπορεί να μετατραπεί ακολούθως σε μια θερμοκρασία. Αυτό λοιπόν έχει ως αποτέλεσμα να ανέβει σε αρκετές δεκάδες χιλιάδες Κέλβιν: το νερό πραγματικά είναι καυτό όταν δημιουργείται.
Το νέο αποδεικτικό στοιχείο έχει κι άλλες συνέπειες. Από τη μία πλευρά, παρέχει στοιχεία για τα υπολογιστικά μοντέλα που αναπαράγουν το περίπλοκο χημικό δίκτυο αντιδράσεων στο διαστρικό νέφη. Από την άλλη πλευρά, εξηγεί τις μυστηριώδεις υπογραφές που βρέθηκαν από τους αστρονόμους στα υπέρυθρα φάσματα κάποιων κομητών.
Αυτές οι υπογραφές δείχνουν την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπεται από μόρια καυτού νερού κατά τη διάρκεια της σταδιακής «απο-διέγερσης" της ισχυρής παλμικής κίνησης. Ένα άλλο ενδιαφέρον θέμα είναι, τέλος, τα λεπτομερή συμπεράσματα που μπορούν να συναχθούν από τα μοριακά πειράματα αποσύνθεσης και για τις ηλεκτρονικές διεργασίες στον ιόν hydronium, τα οποία χρησιμεύουν ως είσοδοι για τα μοντέλα της κβαντομηχανικής των μορίων αυτών.
Πηγή: ScienceDaily
Leave a Comment