Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Niespodziewane odkrycie zmienia nasz pogląd na gwiezdne fabryki pierwiastków

Recommended Posts

Naukowcy z Michigan State University odkryli, że jedna z najważniejszych reakcji chemicznych we wszechświecie zachodzi znacznie intensywniej we wnętrzach supernowych. Odkrycie to zmienia nasz spojrzenie na powstanie niektórych pierwiastków obecnych na Ziemi. W szczególności zaś wywraca do góry nogami teorię wyjaśniającą, dlaczego na Ziemi mamy do czynienia z niezwykle dużą ilości pewnych izotopów rutenu i molibdenu.

Wyniki zaskakujących badań opublikowano na łamach Nature. Dowiadujemy się z nich, że w najbardziej wewnętrznych obszarach supernowych atomy węgla powstają 10-krotnie szybciej, niż dotychczas sądzono. Są one tworzone w potrójnym procesie alfa (proces 3-α). To proces syntezy termojądrowej, w którym z trzech jąder helu 4He powstaje jedno jądro węgla 12C.
Potrójny proces alfa to dla nas najważniejsza reakcja chemiczna. To dzięki niej istniejemy, mówi profesor Hendrik Schatz z Wydziału Fizyki i Astronomii Michigan State University.

Niemal wszystkie atomy tworzące Ziemię oraz to, co się na niej znajduje, z ludźmi włącznie, powstały w gwiazdach. A najważniejszym z tych atomów jest węgiel, który powstaje w 3-α. Wewnątrz gwiazd trzy jądra izotopu helu zwanego cząstką alfa – składające się z dwóch protonów i dwóch neutronów – tworzą nowy pierwiastek składający się z sześciu protonów i sześciu neutronów. To najpowszechniej występująca forma węgla – 12C.

Proces 3-α jest jednak zwykle mało wydajny, przypomina szef zespołu badawczego, profesor Luke Roberts. Chyba, że jest coś, co go wspomaga. Zespół Robertsa odkrył właśnie, że w najbardziej wewnętrznych warstwach supernowych istnieje taki element, a jest nim nadmiar protonów. To może znacząco przyspieszać reakcję 3-α.

Jednak przyspieszenie tej reakcji wiąże się ze zmniejszeniem zdolności supernowej do wytwarzania cięższych pierwiastków. To bardzo ważne spostrzeżenie, gdyż dotychczas uważano, że nadmiar izotopów rutenu i molibdenu na Ziemi powstał dzięki supernowym bogatym w protony. Jednak badania przeprowadzone właśnie przez zespół Robertsa sugerują, że izotopy te nie powstały w supernowych bogatych w protony.

Fascynujące jest to, że teraz musimy znaleźć inny sposób na wyjaśnienie istnienia takiej ilości tych izotopów. Nie powinno być ich aż tyle. A znalezienie alternatyw dla bogatych w protony supernowych nie będzie łatwym zadaniem, mówi Hendrik Schatz.
To pewien problem. Dotychczas sądziliśmy, że wiemy, skąd na Ziemi taka obfitość izotopów rutenu i molibdenu. Okazało się jednak, że się myliliśmy, dodaje emerytowany profesor Sam Austin.

Istnieją alternatywne rozwiązania tej zagadki, ale żadna z nich nie jest do końca satysfakcjonująca. Potrzebujemy więc nowej teorii, uwzględniającej najnowsze badania. Niezależnie od tego, jakie rozwiązania zostaną zaproponowane w przyszłości, będą one musiały uwzględniać wpływ przyspieszonej reakcji 3-α. To bardzo intrygująca zagadka, stwierdza Schatz. Uwielbiamy postęp. Nawet jeśli burzy on naszą ulubioną teorię, dodaje uczony.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Zdaje się, że kolizje gwiazd neutronowych są również odpowiedzialne za znaczne ilości najcięższych pierwiastków, jakie są dostępne we Wszechświecie.

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Potrójny proces alfa to dla nas najważniejsza reakcja chemiczna.

Coś się zmieniło? Reakcja chemiczna dotyczy(ła?) wiązań między atomami. Nukleosynteza to jednak dla chemików za wcześnie, raczej muszą czekać aż się jądra elektronów dorobią. 

Edited by Jajcenty

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grupa japońskich naukowców z Kyoto University wykorzystała eksplozje do wyprodukowania... najmniejszych diamentowych termometrów, które można będzie wykorzystać do bezpiecznych pomiarów różnic temperatury w pojedynczej żywej komórce.
      Gdy w sieci krystalicznej diamentu dwa sąsiadujące atomy węgla zostaną zastąpione pojedynczym atomem krzemu, pojawia się optycznie aktywne miejsce, zwane centrum krzem-wakancja (silicon-vacancy center, SiV). Od niedawna wiemy, że takie miejsca są obiecującym narzędziem do pomiaru temperatur w skali nanometrów. Atom krzemu, gdy zostanie wzbudzony laserem, zaczyna jasno świecić w wąskim zakresie światła widzialnego lub bliskiej podczerwieni, a kolor tego światła zmienia się liniowo w zależności od temperatury otoczenia diamentu.
      Zjawisko to jest bezpieczne dla żywych organizmów, nawet dla bardzo delikatnych struktur. To zaś oznacza, że można je wykorzystać podczas bardzo złożonych badań nad strukturami biologicznymi, np. podczas badania procesów biochemicznych wewnątrz komórki. Problem stanowi jednak sam rozmiar nanodiamentów. Uzyskuje się je obecnie różnymi technikami, w tym za pomocą osadzania z fazy gazowej, jednak dotychczas potrafiliśmy uzyskać nanodiamenty o wielkości około 200 nm. Są one na tyle duże, że mogą uszkadzać struktury wewnątrzkomórkowe.
      Norikazu Mizuochi i jego zespół opracowali technikę pozyskiwania 10-krotnie mniejszych niż dotychczas nanodiamentów SiV. Japońscy naukowcy najpierw wymieszali krzem ze starannie dobraną mieszaniną materiałów wybuchowych. Następnie, w atmosferze wypełnionej CO2, dokonali eksplozji. Później zaś przystąpili do wieloetapowej pracy z materiałem, który pozostał po eksplozji. Najpierw za pomocą kwasu usunęli sadzę i metaliczne zanieczyszczenia, następnie rozcieńczyli i wypłukali uzyskany materiał w wodzie dejonizowanej, w końcu zaś pokryli uzyskane nanodiamenty biokompatybilnym polimerem. Na końcu za pomocą wirówki usunęli wszystkie większe nanodiamenty. W ten sposób uzyskali jednorodny zbiór sferycznych nanodiamentów SiV o średniej średnicy 20 nm. To najmniejsze wyprodukowane nanodiamenty SiV.
      Mizouchi wraz z kolegami przeprowadzili serię eksperymentów, podczas których wykazali, że ich nanodiamenty pozwalają na precyzyjne pomiary temperatury w zakresie od 22 do 40,5 stopnia Celsjusza. Zakres ten obejmuje temperatury wewnątrz większości organizmów żywych. To zaś otwiera nowe możliwości badań struktur wewnątrzkomórkowych. Japończycy zapowiadają, że rozpoczynają prace nad zwiększeniem liczby SiV w pojedynczym nanodiamencie, co ma pozwolić na uzyskanie jeszcze większej precyzji pomiaru. Dzięki temu – mają nadzieję – w przyszłości można będzie badać poszczególne organelle.
      Szczegóły badań zostały opisane na łamach Carbon.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed dwoma dniami prezydent Biden popisał Inflation Reduction Act, ustawę przewidującą wydatkowanie z federalnego budżetu 437 miliardów dolarów w ciągu najbliższych 10 lat. Przewidziano w niej 370 miliardów USD na energetykę odnawialną i inne technologie niskoemisyjne. Jednak najbardziej interesujące są przepisy dotyczące technologii produkcji wodoru. Z jednej strony dlatego, że przewidziano środki znacznie większe niż spodziewali się analitycy, z drugiej zaś, że przepisy nie wyróżniają żadnej technologii pozyskiwania wodoru. Specjaliści zajmujący się rynkiem wodoru mówią, że dzięki temu w końcu można będzie mówić o początku prawdziwej rewolucji wodorowej. Wodór można przecież wykorzystać zarówno jako paliwo napędzające pojazdy czy statki, jak i do produkcji energii elektrycznej zasilającej nasze domy.
      Ustawa przewiduje bowiem, że producenci wodoru mogą pomniejszyć należny państwu podatek, a wielkość tego pomniejszenia będzie zależała wyłącznie od ilości dwutlenku węgla emitowanego podczas produkcji wodoru. I tak producenci wykorzystujący najczystszą obecnie metodę pozyskiwania wodoru, w czasie której na każdy kilogram wodoru emituje się 0,45 kg CO2, będą mogli odpisać 3 USD na każdy wytworzony kilogram wodoru. Dzięki temu wodór taki może być tańszy niż tzw. szary wodór uzyskiwany z gazu metodą reformingu parowego. W metodzie tej na każdy kilogram wodoru emituje się 8–10 kg CO2. Obecnie cena szarego wodoru w USA to około 2 USD/kg. Dlatego też niemal cały wodór – ok. 10 milionów ton rocznie – produkowany w Stanach Zjednoczonych wytwarzany jest tą metodą.
      Największym na świecie producentem wodoru są Chiny. Państwo Środka wytwarza 25 milionów ton tego pierwiastka rocznie, z czego aż 62% uzyskuje się z węgla, co wiąże się z emisją 18–20 kg CO2 na kilogram wodoru. Zarówno USA jak i Chiny produkują czysty tzw. zielony wodór uzyskiwany metodą elektrolizy z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii, ale produkcja ta nie przekracza 1% całości. Ten zielony wodór kosztuje bowiem ok. 5 USD/kg. Teraz, dzięki możliwości odpisania 3-dolarowego podatku, stanie się on konkurencyjny cenowo z szarym wodorem.
      Amerykanie opracowali też plan dojścia do produkcji zielonego wodoru bez ulg podatkowych. Przepisy przewidują, że do roku 2026 kwota, którą można będzie odpisać od kilograma zielonego wodoru zostanie zmniejszona do 2 USD, a w roku 2031 wyniesie 1 USD.
      Przepisy te znacznie przyspieszą transformację wodorową. Specjaliści z National Renewable Energy Laboratory spodziewali się, że cena zielonego wodoru spadnie o trzy dolary do roku 2026. Teraz, dzięki ustawie, spadnie ona natychmiast. Mamy gwałtowne obniżenie kosztów do poziomu, przy którym zielony wodór staje się konkurencyjny, a w wielu miejscach tańszy, od wodoru pozyskiwanego z paliw kopalnych. Stąd też wielkie nadzieje związane z nową ustawą.
      Wspomniany odpis podatkowy to tylko jeden z ostatnich kroków na rzecz wodorowej rewolucji. W ubiegłym roku w życie weszła ustawa Infrastructure Investment and Jobs Act, w której przewidziano 8 miliardów USD na stworzenie w USA ośmiu regionalnych „hubów wodorowych” produkujących zielony wodór. W oczekiwaniu na rozdysponowanie tych pieniędzy, co ma nastąpić we wrześniu lub październiku, przedsiębiorstwa zgłosiły 22 projekty potencjalnych hubów.
      Wkrótce też ma ruszyć warty 2,65 miliarda USD projekt firm Mitsubishi Power Americas i Magnum Development, w ramach którego zainstalowane zostaną 840-megawatowe turbiny zasilane mieszaniną gazu naturalnego i wodoru, wspierane przez instalację fotowoltaiczną. W miejscu tym 220-megawatowy system elektrolizy będzie wytwarzał wodór. W znajdujących się w pobliżu podziemnych wysadach solnych powstaną zaś magazyny przechowujące do 300 GWh energii w postaci wodoru.
      Nowe amerykańskie przepisy powinny znacznie przyspieszyć prace prowadzone chociażby przez Hydrogen Council. To ogólnoświatowa organizacja skupiająca obecnie 132 korporacje pracujące nad technologiami wodorowymi.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astronomowie odkryli nowy typ eksplozji gwiazd – mikronową. Do tego typu eksplozji dochodzi na powierzchni niektórych gwiazd, a w ich wyniku w ciągu kilku godzin wypaleniu ulega nawet 20 x 1015 ton materiału tworzącego gwiazdę.
      Odkryliśmy zjawisko, które nazwaliśmy mikronową. Jego istnienie rzuca wyzwanie naszemu rozumieniu, w jaki sposób w gwiazdach dochodzi do eksplozji termojądrowych. Dotychczas sądziliśmy, że wiemy, jak to się dzieje. Jednak to odkrycie pokazuje, że eksplozje takie mogą powstawać w zupełnie nowy sposób, mówi Simone Scaringi z Durham University, który stał na czele zespołu badawczego.
      Mikronowe to potężne wydarzenia w małej skali. Niosą ze sobą znacznie mniej energii niż znane nam od wieków nowe. Oba typy eksplozji łączy rodzaj gwiazd, mają one bowiem miejsce na białych karłach. To martwe gwiazdy o masie podobnej do masy Słońca, ale średnicy Ziemi.
      Gdy biały karzeł występuje w układzie podwójnym, może wysysać materię swojego towarzysza. Gdy ta materia opada na bardzo gorącą powierzchnię białego karła dochodzi do eksplozji, w wyniku której atomy wodoru łączą się, tworząc atom helu. W nowych eksplozja termonuklearna ma miejsce na całej powierzchni gwiazdy. Takie powodują, że biały karzeł pali się i jasno świeci przez wiele tygodni, wyjaśnia współautorka badań, Nathalie Degenaar z Uniwersytetu w Amsterdamie.
      Z kolei mikronowe to podobne eksplozje, do których dochodzi w mniejszej skali. Trwają one zaledwie kilka lub kilkanaście godzin. Zarejestrowano je na niektórych białych karłach o bardzo silnym polu magnetycznym, które kieruje opadający na gwiazdę materiał w stronę jej biegunów. Po raz pierwszy obserwowaliśmy zlokalizowaną fuzję wodoru. Wodorowe paliwo zostaje uwięzione w pobliżu biegunów niektórych białych karłów i tylko tam dochodzi do fuzji, dodaje Paul Groot z Radbound University. To zaś prowadzi do mikroeksplozji o sile 1/1 000 000 nowych, stąd też nazwa mikronowa, wyjaśnia uczony.
      Odkrycie mikronowych to wyzwanie dla obecnego rozumienia gwiezdnych eksplozji. To pokazuje, jak dynamicznym miejscem jest wszechświat. Takie zjawiska mogą często występować, ale jako że trwają krótko, trudno jest je uchwycić, dodaje Scaingi.
      Naukowcy dokonali odkrycia przypadkiem, przeglądając dane z Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Odkryliśmy w nich coś niezwykłego. Jasny rozbłysk w paśmie optyczny, który trwał kilka godzin. Podczas dalszych poszukiwań znaleźliśmy kilkanaście podobnych sygnałów, mówią naukowcy. W danych z TESS znaleziono trzy mikronowe, z czego dwie miały miejsce na białych karłach. Potwierdzenie, że i w przypadku trzeciej eksplozji mieliśmy do czynienia z białym karłem, wymagało wykorzystania instrumentu X-shooter z Very Large Telescope. Dzięki niemu zidentyfikowano zaś kolejne mikronowe.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ziemia wraz z Układem Słonecznym znajduje się w szerokiej na setki lat świetlnych pustce otoczonej tysiącami młodych gwiazd. Pustka ta, w której średnia gęstość materii międzygwiezdnej jest 10-krotnie mniejsza niż w Drodze Mlecznej, zwana jest Bąblem Lokalnym. Naukowcy z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) i Space Telescope Science Institute (STScI) postawili sobie za zadanie odtworzenie historii naszego galaktycznego sąsiedztwa. Wykazali, jak szereg wydarzeń, które rozpoczęły się przed 14 milionami lat, doprowadził do stworzenia bąbla, odpowiedzialnego za powstanie niemal wszystkich pobliskich gwiazd.
      Astronom i ekspertka od wizualizacji danych, Catherine Zucker, która brała udział w badaniach mówi, że to naprawdę historia narodzin, po raz pierwszy jesteśmy w stanie wyjaśnić, jak rozpoczęło się formowanie wszystkich pobliskich gwiazd.
      Głównym elementem pracy naukowców jest animacja 3D, która pokazuje, że wszystkie młode gwiazdy i regiony gwiazdotwórcze znajdujące się w odległości 500 lat świetlnych od Ziemi, umiejscowione sa na powierzchni Bąbla Lokalnego. O jego istnieniu wiadomo od dziesięcioleci, ale dopiero teraz zaczynamy rozumieć początki Bąbla i jego wpływ na otaczający go gaz.
      Naukowcy wykazali teraz, że przed 14 milionami lat rozpoczęła się seria eksplozji supernowych, które wypchnęły gaz międzygwiezdny na zewnątrz, tworząc bąbel o powierzchni gotowej do formowania się gwiazd. Dzisiaj wiemy, że na powierzchni Bąbla znajduje się siedem regionów gwiazdotwórczych – chmur molekularnych – gęstych regionów w przestrzeni kosmicznej, w których formują się gwiazdy. Z naszych obliczeń wynika, że w przeciągu milionów lat doszło do 15 eksplozji supernowych, które uformowały Bąbel Lokalny, mówi Zucker. Uczeni zauważyli, że bąbel powoli rozszerza się z prędkością około 6,5 km/s.
      Tempo rozszerzania się bąbla oraz obecne i przeszłe trajektorie gwiazd tworzących się na jego powierzchni zostały określone dzięki danym zebranym przez kosmiczne obserwatorium Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej.
      Gdy wybuchła pierwsza supernowa, która przyczyniła się do powstania Bąbla Lokalnego, Słońce znajdowało się daleko od tego wydarzenia. Jednak około 5 milionów lat temu wiodąca przez galaktykę trasa Słońca zaprowadziła je w kierunku Bąbla i teraz Słońce, zupełnym przypadkiem, znajduje się niemal dokładnie w jego centrum, dodaje profesor João Alves z Uniwersytetu Wiedeńskiego.
      Niemal 50 lat temu pojawiła się teoria mówiąca, że bąble powszechnie występują w Drodze Mlecznej. Teraz mamy na to dowód. Bo jaka jest szansa, że znajdziemy się dokładnie w środku takiej struktury, mówi Goodman. Gdyby bąble były rzadkością, prawdopodobieństwo, że Słońce trafi do samego centrum jednego z nich, byłoby znikome. Droga Mleczna przypomina więc pełen dziur ser szwajcarski, w którym dziury są tworzone przez wybuchy supernowych, a na powierzchni bąbli tworzonych przez umierające gwiazdy, rodzą się kolejne gwiazdy.
      Teraz uczeni planują zmapować więcej bąbli i uzyskać trójwymiarowy obraz ich lokalizacji, kształtów i rozmiarów. Stworzenie takiego spisu bąbli oraz łączących je oddziaływań pozwoli na określenie roli umierających gwiazd w powstawaniu kolejnych pokoleń gwiazd oraz poszerzy naszą wiedzę o strukturze i ewolucji galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej.
      Artykuł opisujący badania opublikowano na łamach The Astrophysical Journal Letters, natomiast wszystkie interaktywne dane oraz materiały wideo zostały bezpłatnie udostępnione na specjalnie stworzonej witrynie.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Sadzenie drzew i zapobieganie pożarom lasów niekoniecznie prowadzi do uwięzienia większej ilości węgla w glebie. Autorzy badań opublikowanych na łamach Nature Geoscience odkryli, że planowane wypalanie sawann, użytków zielonych oraz lasów strefy umiarkowanej może pomóc w ustabilizowaniu węgla uwięzionego w glebie, a nawet zwiększenia jego ilości.
      Kontrolowane wypalanie lasów, którego celem jest zmniejszenie intensywności przyszłych niekontrolowanych pożarów, to dobrze znana strategia. Odkryliśmy, że w takich ekosystemach jak lasy strefy umiarkowanej, sawanny i użytki zielone, ogień może ustabilizować, a nawet zwiększyć ilość węgla uwięzionego w glebie, mówi główny autor badań, doktor Adam Pellegrini z University of Cambridge.
      Wynikiem dużego niekontrolowanego pożaru lasu jest erozja gleby i wypłukiwanie węgla do środowiska. Mogą minąć nawet dziesięciolecia, nim uwolniony w ten sposób węgiel zostanie ponownie uwięziony. Jednak, jak przekonują autorzy najnowszych badań, ogień może również prowadzić do takich zmian w glebie, które równoważą utratę węgla i mogą go ustabilizować.
      Po pierwsze, w wyniku pożaru powstaje węgiel drzewny, który jest bardzo odporny na rozkład. Warstwa węgla zamyka zaś wewnątrz bogatą w węgiel materię organiczną. Ponadto ogień może zwiększyć ilość węgla ściśle powiązanego z minerałami w glebie. Jeśli odpowiednio dobierze się częstotliwość i intensywność pożarów, ekosystem może uwięzić olbrzymie ilości węgla. Chodzi tutaj o zrównoważenie węgla przechodzącego do gleby w postaci martwych roślin i węgla wydostającego się z gleby w procesie rozkładu, erozji i wypłukiwania, wyjaśnia Pellegrini.
      Gdy pożary są częste i intensywne, a tak się dzieje w przypadku gęstych lasów, wypalane są wszystkie martwe rośliny. Ta martwa materia organiczna rozłożyłaby się i węgiel trafiłby do gleby. Tymczasem w wyniku pożaru zostaje on uwolniony do atmosfery. Ponadto bardzo intensywne pożary mogą destabilizować glebę, oddzielając bogatą w węgiel materię organiczną od minerałów i zabijając bakterie oraz grzyby.
      Bez obecności ognia martwa materia organiczna jest rozkładana przez mikroorganizmy i uwalniana w postaci dwutlenku węgla lub metanu. Gdy jednak dochodzi do niezbyt częstych i niezbyt intensywnych pożarów, tworzy się węgiel drzewny oraz dochodzi do związania węgla z minerałami w glebie. A węgiel w obu tych postaciach jest znacznie bardziej odporny na rozkład, a tym samym na uwolnienie do atmosfery.
      Autorzy badań mówią, że odpowiednio zarządzane wypalanie może doprowadzić do zwiększenia ilości węgla uwięzionego w glebie. Gdy rozważamy drogi, jakimi ekosystem przechwytuje węgiel z atmosfery i go więzi, zwykle uważamy pożary za coś niekorzystnego. Mamy jednak nadzieję, że nasze badania pozwolą odpowiednio zarządzać pożarami. Ogień może być czymś dobrym, zarówno z punktu widzenia bioróżnorodności jak i przechowywania węgla, przekonuje Pellegrini.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...