Rosetta megfigyelések és asztrokémia: a kétatomos oxigénmolekulák eredete

2390

A Rosetta űrszonda 2015-ben a 67P üstökösnél kimutatta a kétatomos oxigénmolekulákat, azonban eredetük akkor még nem volt tisztázott. Nemrégiben a Kaliforniai Műszaki Egyetem kutató-vegyészmérnöke egy lehetséges magyarázatot adott képződésükre.

A Világegyetemben a hidrogén és hélium után az oxigén a leggyakoribb elem. Az oxigén még a szenet is megelőzi, ugyanis annál kétszer gyakoribb. Az oxigén a kozmoszban előfordulhat atomos formában (O), hidroxil-gyökben (OH), vízben (H2O) és kétatomos oxigénmolekulákat (O2) alkotva. Ezek közül az első három (O, OH, H2O) kimutathatók a csillagközi anyagban, de a kétatomos oxigénmolekula ezekhez képest jóval instabilabb és ezért nehéz megfigyelni: először 2007-ben mutatták ki a svéd fővállalkozásban épített Odin rádiótávcső 1,1 méteres antennájával a rho Ophiuchi csillagkeletkezési terület molekulafelhőjében.

A rho Ophiuchi közelében levő csillagkeletkezési terület és a molekulafelhő, ahol a kétatomos oxigént először sikerült kimutatni (nyíl) (kép: Alex Mellinger, CNRS PR No. 895, Párizs, 2007. április 11.).

Később a Herschel infravörös űrobszervatórium a távoli infravörös tartományban (487, 774 és 1121 gigahertzen) is kimutatta a kétatomos oxigénmolekulát a rho Ophiuchus molekulafelhőben, majd az Orion-ködben is.

A Rosetta üstökösszonda ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) gázdetektorának méréseiből a 67P/Churyumov-Gerasimenko-üstökös (röv. 67P) kómájában is kimutatták a kétatomos oxigénmolekulákat 2015-ben. A következő kép a 67P magját és a belőle kiáramló porsugarakat (porjeteket) mutatja. A por mellett az üstökösmagot alkotó gáz összetevők (víz és más gázok atomjai, molekulái) is távoznak.

Közelkép a 67P-üstökös magjáról, 2014. november 22-én (kép: ESA Rosetta hírek, 2015. január 23., ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DAS /IDA).

Felmerül a kérdés, hogy honnan kerülhettek kétatomos oxigénmolekulák egy üstökösre, hiszen azok instabilak, ultraibolya vagy kozmikus részecskesugárzás hatására felbomlanak.
Márpedig a Naphoz akkoriban közeledő üstökös egyre erősödő ultraibolya, illetve részecskesugárzásnak volt kitéve.

A Kaliforniai Műszaki Egyetem (California Institute of Technology, Caltech) kutató vegyészmérnöke, Konstantinos P. Giapis a Rosetta méréseit tanulmányozta, illetve laboratóriumi kísérletekkel megmutatta, hogyan alakul ki a kétatomos molekuláris oxigén az üstökösmagon. A munkában Yunxi Yao, a Caltech fiatal kutatója működött közre.

A molekuláris oxigén kialakulása az üstökösmag felszínéhez közeli kómában. A képen a balról érkező vízmolekulák kölcsönhatnak a felszín anyagával és a folyamat végén a létrejött kétatomos oxigén molekulák (piros) és a hidrogénatomok elhagyják a magot (kép: Caltech, Konstantinos P. Giapis).

Az üstökös víz-kibocsátási aktivitásának növekedésével a vízmolekulák egyre nagyobb sebességgel szabadulnak el az üstökösmag felszínéről és a felszín feletti fél-térben minden irányban tudnak mozogni, így a változatos domborzatú felszínre beleütközhetnek – miközben egy jó részük eltávozik a gázkómába.

A felszínbe ütköző vízmolekulák eredeti oxigénatomjához hozzákapcsolódhat a felszíni oxigénatom és az így kialakult oxi-víz (2 oxigénatom + 2 hidrogénatom) elrepül a felszínről. Az oxi-víz molekulában a két hidrogénatom nem marad meg stabilan, rövid idő után ezek eltávoznak, így visszamarad a két oxigénatomot tartalmazó oxigénmolekula. Ezt a felszín-közeli reakció-sorozatot igazolta Giapis és Yunxi Yao.

Egyébként ennek a felszíni fizikai-kémiai folyamatnak a gondolata Giapis számára onnan ered, hogy a Caltech laborban már 20 éve nagy sebességű atomok és ionok félvezetők felszínén történő ütközési folyamatait tanulmányozza minél gyorsabb számítógépi alkatrészek (elektronikai morzsák, chipek) kifejlesztése céljából. Legújabb kutatásában a Rosetta mérései által kimutatott molekuláris oxigén képződésének magyarázatára alkalmazta ezeket a laboratóriumi kutatási eredményeket.

Az üstökösökben képződő molekuláris oxigén jelentőségét az adja, hogy ezek szerint az élet számára oly fontos gáz élőlények, pontosabban fotoszintézis nélkül is kialakulhat. Az ősi Naprendszerben ennek megfelelően a különböző égitestekre a becsapódó üstökösök is eljuttathatták az oxigénmolekulákat.

Giapisék eredményeit a Nature Communications internetes folyóirat közölte.

A hír megjelenését a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” (KHK) projekt támogatta.

Források:

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás