Simulatie van interstellaire stofdeeltjes. Afbeelding tegoed: OSU. Klik om te vergroten.
Sciencefiction-schrijver Harlan Ellison zei ooit dat de meest voorkomende elementen in het universum waterstof en domheid zijn.
Hoewel het vonnis nog steeds niet bekend is over het volume van domheid, weten wetenschappers al lang dat waterstof inderdaad verreweg het meest voorkomende element in het universum is. Als ze door hun telescopen turen, zien ze waterstof in de enorme wolken van stof en gas tussen sterren? - vooral in de dichtere gebieden die instorten om nieuwe sterren en planeten te vormen.
Maar één mysterie is gebleven: waarom is veel van die waterstof in moleculaire vorm? - met twee aan elkaar gebonden waterstofatomen? - in plaats van de enkele atomaire vorm? Waar komt al dat moleculaire waterstof vandaan? Onderzoekers van de Ohio State University hebben onlangs besloten het uit te zoeken.
Ze ontdekten dat één schijnbaar klein detail - of de oppervlakken van interstellaire stofkorrels glad of hobbelig zijn - zou kunnen verklaren waarom er zoveel moleculaire waterstof in het universum is. Ze rapporteerden hun resultaten op het 60e Internationale Symposium over Moleculaire Spectroscopie, gehouden aan de Ohio State University.
Waterstof is het eenvoudigste atoomelement dat we kennen; het bestaat uit slechts één proton en één elektron. Wetenschappers hebben het bestaan van moleculaire waterstof altijd als vanzelfsprekend beschouwd bij het vormen van theorieën over waar alle grotere en uitgebreidere moleculen in het universum vandaan kwamen. Maar niemand kon uitleggen hoeveel waterstofatomen tot nu toe moleculen konden vormen.
Als het gaat om het maken van moleculaire waterstof, lijkt het ideale microscopische gastheeroppervlak 'minder op de vlakheid van Ohio en meer op een skyline van Manhattan'.
Om ervoor te zorgen dat twee waterstofatomen genoeg energie hebben om in de koude gebieden van de ruimte te binden, moeten ze elkaar eerst op een oppervlak ontmoeten, legde Eric Herbst, Distinguished University Professor of Physics aan de Ohio State, uit.
Hoewel wetenschappers vermoedden dat ruimtestof het noodzakelijke oppervlak bood voor dergelijke chemische reacties, werkten laboratoriumsimulaties van het proces nooit. Ze werkten tenminste niet goed genoeg om de volledige overvloed aan moleculaire waterstof te verklaren die wetenschappers in de ruimte zien.
Herbst, hoogleraar natuurkunde, scheikunde en astronomie, werkte samen met Herma Cuppen, een postdoctoraal onderzoeker, en Qiang Chang, een doctoraatsstudent, beiden in de natuurkunde, om verschillende stofoppervlakken op een computer te simuleren. Vervolgens modelleerden ze de beweging van twee waterstofatomen die langs de verschillende oppervlakken tuimelen totdat ze elkaar vonden om een molecuul te vormen.
Gezien de hoeveelheid stof die volgens wetenschappers in de ruimte zweeft, konden de onderzoekers van de staat Ohio de aanmaak van de juiste hoeveelheid waterstof simuleren, maar alleen op hobbelige oppervlakken.
Als het gaat om het maken van moleculaire waterstof, lijkt het ideale microscopische gastheeroppervlak 'minder op de vlakheid van Ohio en meer op een skyline van Manhattan'? Zei Herbst.
Het probleem met simulaties uit het verleden is dat ze altijd uitgegaan zijn van een plat oppervlak.
Cuppen begrijpt waarom. ? Als je iets wilt testen, is het starten met een plat oppervlak gewoon sneller en gemakkelijker? ze zei
Ze zou het moeten weten. Ze is een expert in oppervlaktewetenschap, maar het kostte haar nog maanden om het hobbelige stofmodel te monteren en ze werkt nog steeds aan verfijning. Uiteindelijk zullen andere wetenschappers het model kunnen gebruiken om andere chemische reacties in de ruimte te simuleren.
Ondertussen werken de wetenschappers van de Ohio State samen met collega's van andere instellingen die echte hobbelige oppervlakken produceren en gebruiken die de textuur van ruimtestof nabootsen. Hoewel stofdeeltjes in de echte ruimte zo klein zijn als zandkorrels, zullen deze grotere oppervlakken van dubbeltjesformaat wetenschappers in staat stellen te testen of verschillende texturen de moleculaire waterstof helpen vormen in het laboratorium.
Oorspronkelijke bron: OSU News Release
