Η κοσμολογική σημασία του δευτεριούχου υδρογόνου

Όταν δυο άτομα υδρογόνου ή πρωτίου (1Η), ενώνονται μεταξύ τους προκύπτει το μόριο του υδρογόνου (Η2) – το απλούστερο και πιο άφθονο μόριο στο σύμπαν. Όμως, όταν συνδέονται τα δύο ισότοπα του υδρογόνου ένα άτομο πρωτίου με ένα άτομο δευτερίου (2Η ή D), τότε προκύπτει ένα βαρύτερο μόριο, το δευτεριούχο υδρογόνο (HD).

Μερικά λεπτά μετά την Μεγάλη Έκρηξη, όταν το σύμπαν ψύχθηκε τόσο ώστε να σταματήσει η πυρηνοσύνθεση, η σύσταση των στοιχείων που προέκυψε ήταν ~75% υδρογόνο (1Η), ~25% ήλιο (4He) και πολύ μικρές ποσότητες των ελαφρών στοιχείων, κυρίως δευτέριο 2Η (D), 3He και 7Li.

Στην διερεύνηση του πρώιμου σύμπαντος, από 370.000 χρόνια έως 1 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, συνεισφέρει η αφθονία των ατόμων του υδρογόνου, διαμέσου της μετατόπισης προς το ερυθρό της ακτινοβολίας που εκπέμπει σε μήκος κύματος 21 cm (ή στη ραδιοφωνική συχνότητα των 1420 ΜHz). Αυτή η φασματική γραμμή προκαλείται από την μεταβολή στους σχετικούς προσανατολισμούς σπιν πρωτονίου και ηλεκτρονίου στο άτομο υδρογόνο. Ωστόσο, η παρατήρηση της γραμμής των 21 cm είναι δύσκολη, γιατί καλύπτεται από εντονότερη ακτινοβολία από νεότερα αστρονομικά αντικείμενα και πιο πρόσφατα γεγονότα, δημιουργώντας ένα ανεπιθύμητο υπόβαθρο. Επιπλέον η ατμόσφαιρα της Γης παραμορφώνει αυτά τα ραδιοσήματα, που επιπλέον επηρεάζονται και από τις γήινες ραδιοφωνικές εκπομπές.

Σε αντίθεση με τα άτομα του υδρογόνου, τα μόρια του υδρογόνου (Η2) δεν βοηθούν τους αστρονόμους, δεδομένου ότι δεν εμφανίζουν μόνιμη ηλεκτρική διπολική ροπή. Και οι τετραπολικές περιστροφικές μεταβάσεις των μορίων του υδρογόνου είναι δύσκολο να εντοπιστούν. Όμως το δευτεριούχο υδρογόνο (HD) διαθέτει μια μικρή μόνιμη ηλεκτρική διπολική ροπή εξαιτίας της διαφοράς μάζας πρωτονίου-δευτερίου, η οποία αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να περιφέρονται πιο κοντά στο δευτέριο. Έτσι, οι αστρονόμοι διερευνούν την δυνατότητα χρήσης μιας από τις γραμμές εκπομπής του δευτεριούχου υδρογόνου (HD) στα 112 μm, για να βελτιώσουν τις παρατηρήσεις των 21 cm από το ατομικό υδρογόνο. Η παρακολούθηση δύο γραμμών εκπομπής σε διαφορετικά μέρη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος θα μπορούσε να διευκολύνει την αφαίρεση του υποβάθρου που καλύπτουν τα σήματα από το πρώιμο σύμπαν.

Οι ερευνητές Breysse et al στην εργασία τους με τίτλο ‘Mapping the Universe in HD‘, προσδιόρισαν την ένταση της γραμμής εκπομπής μήκους κύματος 112 μm, εξαιτίας διπολικής περιστροφικής διέγερσης του δευτεριούχου υδρογόνου, κατά τη διάρκεια διαφορετικών περιόδων της κοσμικής ιστορίας. Προβλέπουν την ύπαρξη ενός αμυδρού σήματος στα 112 μm από την «εποχή του επανιονισμού» – όταν το φως των πρώτων άστρων προκάλεσε την διέγερση και τον ιονισμό της διαστρικής ύλης του σύμπαντος. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι ένα τέτοιο σήμα θα μπορούσε να ανιχνευθεί με βελτιώσεις του τηλεσκοπίου Fred Young Submillimeter. Βρήκαν επίσης ένα πιο αμυδρό σήμα στα 112 μm που αντιστοιχεί σε μια παλαιότερη περίοδο – την «κοσμική αυγή» – του οποίου η ανίχνευση θα απαιτούσε ένα νέο όργανο.

Το υδρογόνο και το δευτέριο συνδέονται προς δευτεριούχο υδρογόνο μόνο στα ψυχρά πυκνά νέφη αερίων που παράγουν άστρα, οπότε οι μετρήσεις της γραμμής των 112 μm θα μπορούσαν να δώσουν πληροφορίες για το πώς και πότε σχηματίστηκαν τα πρώτα άστρα του σύμπαντος. Σύμφωνα με τον Breysse, το δευτεριούχο υδρογόνο μπορεί να ανοίξει ένα από τα φωτεινότερα παράθυρα προς την διελεύκανση του εξέλιξης του σύμπαντος.

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v15/s48



Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΡΑΔΙΟΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ, ΧΗΜΕΙΑ

Ετικέτες: , , ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: