شبیه سازی تشکیل مولکول‌های ارگانیکی غنی از کربن در فضا

بیگ بنگ/ محققان مرکز اختر فیزیک هاروارد-‌اسمیتسونین، نسل جدیدی از ابرکامپیوترها را به هدف شبیه سازی چگونگی ترکیب اتم‌ها در فضا و تشکیل مولکول‌ها و خوشه های غنی از کربن به کار گرفتند.

• تصویر یک شبیه سازی کامپیوتری از تشکیل مولکول‌های آلی‌ پیچیده در فضا را نشان می‌‌دهد. ساختارهای مولکولی کروی که بر روی سطح گرافین در دمای ۳۰۰۰ درجه ی کلوین تشکیل شده است مشابه فولرن‌ها هستند. اتم‌های قرمز رنگ در حالت گازی و اتم‌های سفید رنگ مربوط به سطح هستند.

فضای بین ستاره‌ها خالی‌ نیست، اما شامل مقدار فراوانی‌ از ماده ای پراکنده است، که حدود ۵ تا ۱۰ درصد از جرم کل کهکشان ما را (بدون در نظر گرفتن ماده ی تاریک) تشکیل می دهد. در حالی‌ که قسمت عمده ی این ماده از گاز تشکیل شده(گاز هیدروژن بیشترین سهم را داراست)، بخش کوچک و در عین حال مهم، از این ماده شامل مولکول‌های غنی از کربن مانند اتان، بنزن، پروپاینال، متانول و سایر الکل ها، سیانیدها، اسیدهای آمینوی ساده و حتی مولکول های بزرگ تر( هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای و فولرن باکمینستر‌ها) با حداقل ۵۰ اتم کربن میباشد. فراوانی نسبی بعضی از اجزا مانند سیانیدها تقریبا مشابه آنچه در دنباله دارها در سامانه ی خورشیدی ما دیده شده، می باشد.

مسئله‌ ی مهم و در عین حال حل نشده برای ستاره شناسان این است که این مولکول های آلی‌ پیچیده چگونه به وجود آمده اند. پاسخ به این سوال احتمالا به ذرات غبار میان ستاره‌ای مرتبط است. این ذرات ریز حدود یک درصد از جرم ماده ی بین ستاره‌ای را تشکیل داده و عمد‌تاً از سیلیکات به همراه کربن و/یا سایر عناصر شیمیایی ساخته شده اند. به نظر می‌‌رسد وجود این ذرات به منظور فراهم ساختن بستری برای واکنش شیمیایی بین مولکول‌های گاز و سایر مولکول‌ها در فضای بین ستاره‌ای ضروری هستند.

دو اخترفیزیکدان بنام های دیوید مارشال‌ و حسین صادقپور دانشمند ایرانی، نسل جدیدی از ابرکامپیوتر ادیسه هاروارد به هدف شبیه سازی ترکیب اتم‌ها در فضا و تشکیل مولکول‌های غنی از کربن و خوشه‌ها چه در حالت گازی و چه بصورت سطحی از ذرات غبار کیهانی به کار بردند. آنها در این شبیه سازی، دمایی‌ بین ۱۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه کلوین (معرف دمای‌ فضای بین ستاره ای) و تعداد ۴۱۲۸ اتم ( در هر دو حالت ذکر شده در بالا) را در نظر گرفتند. اگرچه این تعداد اتم بسیار بیشتر از تراکم واقعی‌ ماده ی بین ستاره‌ای است و تخمینی غیر واقعی‌ به نظر می‌‌رسد؛ اما هنوز این محاسبات کامپیوتری نشان دهنده ی یک روند معقول میباشد.

محققان دریافتند که در دماهای پایین، سطح ذرات به تسریع واکنشی که در حالت گازی اتفاق می‌‌افتاد کمک می‌‌کند. همچنین آنها افزودند که دمای سطح، فاکتور مهمی در تعیین ساختار مولکولی و به خصوص پیچیدگی‌ هندسی آنها می‌‌باشد. مطالعات صورت گرفته، بینش جدیدی را در مورد تشکیل مولکول‌های بزرگ غنی شده ی کربن در سطوح کربنی اختر فیزیکی‌ به وجود آورده است. محققان در این مطالعات اینطور نتیجه گیری کردند که، به عنوان مثال، اگرچه امکان شکل گیری مولکول های شاخ دار و زنجیره‌‌ای بزرگی‌ بر روی سطوح ذرات وجود دارد ولی‌ آنها انرژی کافی‌ برای چسبیدن به سطح مربوطه را نداشته و در نتیجه به حرکت در می‌‌آیند. حال در دمای‌ ۱۰۰۰ درجه کلوین، این مولکول‌ها تمایل دارند که به سطح چسبیده و تشکیل خوشه‌های بزرگ مجرد را بدهند که ممکن است به شکل ساختار‌های پیچیده تری مانند فولرن باکمینستر ظاهر شوند. جزئیات بیشتر این پژوهش در Royal Astronomical Society منتشر شده است.


منبع: بیگ بنگ