Naukowcy z University of California w Berkeley odkryli, że przez Galaktykę wieje wiatr nisko energetycznych cząstek. Do takiego niespodziewanego wniosku doszli wykorzystując badania chemiczne i astronomiczne. Odkryty wiatr nie jest wystarczająco energetyczny, aby jego wpływ na Ziemię stanowił konkurencję dla wiatru słonecznego, ale wydaje się, że ma wielkie znaczenie dla rozproszonych obłoków gazu międzygwiezdnego.

Z tego wynika możliwość istnienia całej rodziny promieniowania kosmicznego, które nie jest wystarczająco energetyczne aby spenetrować gęste chmury gazu, ale może mieć wielki wpływ na rozrzedzone obłoki międzygwiezdne” – mówi astrofizyk i chemik Benjamin J. McCall.

W przeciwieństwie do gęstych obłoków, które wydają się ciemne i puste, ponieważ pył i gaz blokuje światło gwiazd formujących się w ich wnętrzu, rozproszone obłoki są niewidoczne, zdradza je tylko to, ż3e światło gwiazd, które przechodzą przez obłok jest przesuwane ku czerwieni.

McCall i jego współpracownicy oszacowali, że strumień nisko energetycznego promieniowania kosmicznego jest 40 razy większy niż wynika to ze standardowych oszacowań, bazujących na obserwacjach gęstych obłoków. Ich badania wskazują, że to promieniowania kosmiczne jest znacznie bardziej ważnym źródłem ciepła i jonizacji w rozproszonych obłokach gazu. Ożywia to teorię, zaproponowaną 30 lat temu. Większa jonizacja oznacza również większą produkcję złożonych cząsteczek.

To byłby znaczny postęp, gdyby ta teoria znalazła potwierdzenie” – mówi Carl Heiles, profesor astronomii UC Berkeley, który bada pole magnetyczne obłoków międzygwiezdnych. -“Uważam, że to możliwe, ponieważ w mało gęstych obłokach gazu są cechy wskazujące na podgrzewanie“.

Chociaż z interpretacją McCalla nie zgadzają się wszyscy astronomowie, jego odkrycie wskazuje, że nie wszystko w obecnie uznawanych teoriach opisujących chemię rozrzedzonych obłoków jest dobre.

Chemia międzygwiezdna jest bardzo ważna, gdyż pozwala określić pewne właściwości galaktyki, w szczególności gęstość nisko energetycznej części spektrum promieniowania kosmicznego” – mówi Al Glassgold, profesor fizyki. – “Bezpośrednie interpretacje McCalla (…) pokazują wszystkie problemy jakie napotykamy przy próbie zrozumienia tego co się dzieje we wnętrzu rozrzedzonego obłoku, a nawet ogólniej, w przestrzeni międzygwiezdnej. Ten rezultat jest wstrząsem dla tych co myśleli, że już od 20 lat rozumieją te zjawiska“.

Mimo niskiej temperatury i rozrzedzenia obłoku (znajduje się tam od 100 do 300 cząsteczek w centymetrze sześciennym), zachodzą w nim reakcje kosmiczne. Aktywność tą zawdzięczamy cząsteczce wodoru H3+. Są to trzy protony otoczone chmurą dwóch elektronów. Ten “ekstra” proton cząsteczka bardzo chętnie oddaje i zostaje wtedy cząsteczka H2, główny składnik budujący obłoki. Cząsteczka, która przejęła proton jest teraz aktywna, gotowa do kolejnej reakcji.

Cząsteczka H3+ jest źródłem całej kaskady kolejnych reakcji, w wyniku których powstaje wiele cząsteczek organicznych od prostych, takich jak woda czy dwutlenek węgla do złożonych węglowodanów. Wielu naukowców uważa, że węglowodanów i ziaren pyłu powstały cząsteczki organiczne niezbędne do powstania życia.

H3+ po raz pierwszy odkryto siedem lat temu w gęstych obłokach międzygwiezdnych i jego obfitość znakomicie pasowała do właściwości chemicznych innych cząsteczek. Astronomowie uważali, że H3+ nie można wykryć w rozproszonych obłokach. Jednak ku ich zaskoczeniu w 1997 roku cząsteczkę odkryto w spektrum gwiazdy, której światło musiało przejść przez taki obłok. Obecność tej linii absorpcyjnej wskazuje na wzbudzania protonów H3+ przez promieniowanie.

Niespodzianką było wykryć H3+ w rozproszonym obłoku – było tam 100 razy więcej H3+ niż oczekiwaliśmy” – mówi McCall – “To wydawało się nie mieć sensu“.

Wobec tego naukowcy musieli się mylić szacując tempo produkcji H3+ albo tempo, w jakim jest on niszczony. Albo wysoko energetyczne elektrony nie mogą tak łatwo jak się wydawało zniszczyć H3+, albo jest on produkowany szybciej. Promieniowanie kosmiczne jest źródłem H3+ gdy uderza w cząsteczkę wodoru, jonizuje ją i doprowadza do jej reakcji z inną cząsteczką.

Wielką niewiadomą było tempo w jakim elektrony niszczą chmury H3+. Wszystkie pomiary tyczyły się temperatury około 100 stopni Celsjusza, podczas gdy temperatura obłoków międzygwiezdnych sięga 30-100 stopni powyżej zera absolutnego. Eksperymenty dawały bardzo różne rezultaty.

Aby zmierzyć tempo niszczenia H3+ w tych warunkach, grupa McCalla wspierana przez chemika Richarda Saykally’a, wykorzystała pionierski a technikę używania lasera podczerwonego do badania cząsteczek zjonizowanych w laboratoriach. Dzięki tej metodzie (więzienia cząsteczek za pomocą lasera, poczym wypuszczaniu ich) udało się ochłodzić cząsteczki do pożądanej temperatury 20-60 Kelwinów. Kolejne etapy eksperymentu miały miejsce w Szwecji, gdzie za pomocą instrumentu CRYRING można było przyspieszyć H3+ i doprowadzić do zderzenia cząsteczek ze schłodzonymi elektronami.

Było to pierwsze badania destrukcji tak schłodzonych cząsteczek H3+. Okazało się, że elektrony są o około 40 procent mniej skuteczne przy destrukcji zimnych cząsteczek H3+. Nie wyjaśniało to jednak do końca tak obfitej obecności H3+ w rozproszonych obłokach.

McCall i jego koledzy skierowali więc swój wzrok na znany rozproszony obłok międzygwiezdny Zeta Persei, mając nadzieję wyjaśnić tą obfitość. Za pomocą United Kingdom Infrared Telescope znajdującego się na Hawajach, określili ilość H3+ i tempo jonizacji, które okazało się o 40 procent wyższe.

Naukowcy postawili też, że jedyną możliwością jest to, że wiele nisko energetycznego promieniowania penetruje obłok doprowadzając do powstania cząsteczek H3+. Wprowadzenie takiego promieniowania było proponowane już wcześniej, jednak eksperymenty zdawały się nie potwierdzać takiego rozwiązania.

Wyniki McCalla mogą mieć wpływ na badania fizyki i chemii obłoków międzygwiezdnych. Mogą wskazywać na większą ilość cząsteczek takich jak OH, większe temperatury i większe tempo produkcji złożonych cząsteczek. McCall zamierza dalej badać obłoki międzygwiezdne, by potwierdzić lub zaprzeczyć swoim kontrowersyjnym wynikom.

Autor

Anna Marszałek