سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778
ابرهای مولکولی یکی از بنیادیترین ساختارهای موجود در کیهان هستند که نقش بیبدیلی در شکلگیری ستارگان، سیارات و سامانههای سیارهای ایفا میکنند. این ابرها که متشکل از گاز و غبار میانستارهایاند، شرایط فیزیکی و شیمیایی منحصربهفردی دارند و به دلیل دمای بسیار پایین و تراکم نسبی بالاتر نسبت به محیط میانستارهای معمولی، محیطی ایدهآل برای تشکیل مولکولها محسوب میشوند. پرسش اصلی اخترشناسان این است که چگونه میتوان این ابرها را شناسایی و بررسی کرد، در حالی که اغلب آنها از مولکولهایی مانند هیدروژن مولکولی (H2) ساخته شدهاند که به دلیل خواص طیفی خاص خود، مشاهدهپذیر نیستند.
در همین نقطه است که اهمیت یک مولکول خاص یعنی مونوکسید کربن (CO) نمایان میشود. این مولکول به دلیل داشتن خطوط نشری قوی در طول موجهای میلیمتری و زیرمیلیمتری، ابزار اصلی دانشمندان برای ردیابی و مطالعه ابرهای مولکولی است. در این مقاله به تفصیل توضیح خواهیم داد که چرا گاز CO به عنوان شاخص اصلی ابرهای مولکولی انتخاب شده، چه ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آن را برجسته میکند، و چگونه استفاده از آن به پیشرفت دانش اخترفیزیک کمک کرده است.
ابرهای مولکولی و اهمیت آنها در کیهانشناسی
ابرهای مولکولی بخشهایی از محیط میانستارهای هستند که دمای آنها در حدود ۱۰ تا ۳۰ کلوین و چگالی آنها بین ۱۰۰ تا ۱۰^۶ ذره در هر سانتیمتر مکعب است. این ابرها به دلیل دمای پایین، شرایطی را فراهم میکنند که در آن مولکولهای پیچیده شکل میگیرند. اهمیت این ابرها در آن است که فرآیند تشکیل ستارگان دقیقاً در درون این نواحی رخ میدهد. به همین دلیل، شناخت دقیق ترکیب، ساختار و ویژگیهای فیزیکی ابرهای مولکولی برای درک تکامل کیهان ضروری است.
با این حال، همانطور که اشاره شد، مولکول اصلی سازنده این ابرها یعنی H2 فاقد ممان دو قطبی دائمی است و در دماهای پایین خطوط نشری ضعیفی دارد، بنابراین آشکارسازی مستقیم آن از طریق طیفسنجی رادیویی یا فروسرخ بسیار دشوار است. این محدودیت اخترشناسان را به سمت استفاده از مولکولهای ردیاب سوق داده است.
چرا هیدروژن مولکولی (H2) قابل شناسایی نیست؟
هیدروژن مولکولی به دلیل دو ویژگی اساسی برای مشاهده مستقیم در فضا نامناسب است:
نبود ممان دوقطبی دائمی: به دلیل تقارن ساختاری H2، این مولکول فاقد ممان دوقطبی دائمی است. در نتیجه، انتقالهای چرخشی که معمولاً در رادیو نجوم برای شناسایی مولکولها استفاده میشوند، در آن وجود ندارند.
خطوط نشری در دماهای بالا فعال میشوند: خطوط ارتعاشی و الکترونی H2 تنها در دماهای بالاتر از چند صد کلوین قابل تحریکاند. در حالی که دمای ابرهای مولکولی بسیار پایین است (۱۰–۳۰ کلوین)، بنابراین این خطوط در چنین شرایطی فعال نمیشوند.
به همین دلیل، اخترشناسان نیازمند یافتن مولکولی جایگزین بودند که هم در محیط سرد ابرهای مولکولی پایدار باشد و هم خطوط نشری قوی و قابل آشکارسازی داشته باشد.
مونوکسید کربن (CO): ردیاب طلایی ابرهای مولکولی
مونوکسید کربن (CO) به عنوان بهترین ردیاب ابرهای مولکولی شناخته میشود. دلایل انتخاب CO عبارتند از:
وفور نسبی بالا: بعد از H2، دومین مولکول فراوان در ابرهای مولکولی CO است. این وفور بالا امکان آشکارسازی گسترده آن را فراهم میکند.
دارای ممان دوقطبی دائمی: برخلاف H2، مولکول CO ممان دوقطبی دارد، بنابراین انتقالهای چرخشی آن در طیف میلیمتری قابل آشکارسازی هستند.
پایداری در دماهای پایین: CO در دماهای پایین ابرهای مولکولی پایدار باقی میماند و دچار تجزیه نمیشود.
خطوط نشری قوی و مشخص: انتقالهای چرخشی CO در طول موجهای رادیویی و میلیمتری (مانند خط ۲٫۶ میلیمتری مربوط به J=1→0) بسیار قوی و بارز هستند و آشکارسازی آنها با تلسکوپهای رادیویی امکانپذیر است.
ارتباط کمی با H2: بررسیهای اخترفیزیکی نشان دادهاند که بین تراکم CO و H2 رابطه ثابتی وجود دارد. این موضوع به دانشمندان اجازه میدهد از CO به عنوان شاخصی برای برآورد جرم و چگالی کل ابرهای مولکولی استفاده کنند.
روشهای شناسایی CO در ابرهای مولکولی
۱. طیفسنجی رادیویی
تلسکوپهای رادیویی با حساسیت بالا میتوانند خطوط نشری مربوط به انتقالهای چرخشی CO را آشکار کنند. این روش یکی از اصلیترین ابزارها برای نقشهبرداری از توزیع ابرهای مولکولی در کهکشان هاست.
۲. تلسکوپهای میلیمتری و زیرمیلیمتری
تلسکوپهایی مانند ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) در شیلی با دقت بالا قادرند نقشههای سهبعدی از توزیع CO و حرکات گاز در ابرهای مولکولی تهیه کنند.
۳. استفاده از ایزوتوپهای CO
برای بررسی دقیقتر چگالی و دما، اخترشناسان از ایزوتوپهای مختلف CO مانند ¹³CO و C¹⁸O استفاده میکنند. این ایزوتوپها به دلیل تفاوت در فراوانی و شدت خطوط نشری، اطلاعات تکمیلی ارزشمندی ارائه میدهند.
چرا فقط CO کافی نیست؟
هرچند CO ردیاب اصلی ابرهای مولکولی است، اما محدودیتهایی هم دارد. برای مثال در نواحی با تابش شدید فرابنفش، CO به راحتی فوتودیسوسیاته میشود در حالی که H2 همچنان پایدار باقی میماند. در چنین مواردی از دیگر مولکولها مانند OH، NH3، HCN یا حتی خطوط غبار فروسرخ نیز استفاده میشود. با این حال، CO همچنان ستون فقرات شناسایی ابرهای مولکولی محسوب میشود.
نقش CO در مطالعه شکلگیری ستارگان
استفاده از CO به اخترشناسان این امکان را داده است که مراحل مختلف شکلگیری ستارگان را ردیابی کنند. با بررسی خطوط نشری CO، میتوان سرعت، دما، چگالی و حتی وجود جریانهای خروجی (outflows) در ستارههای جوان را شناسایی کرد. بنابراین، بدون CO تقریباً غیرممکن بود که چنین جزئیاتی از فرآیندهای ستارهزایی آشکار شود.
کاربردهای دیگر ردیابی گاز در اخترفیزیک
علاوه بر شناسایی ابرهای مولکولی، مطالعه CO در کهکشانهای دوردست نیز ابزار مهمی برای درک تکامل کهکشانهاست. کشف خطوط CO در کهکشانهایی با انتقال به سرخ بالا (redshift) به دانشمندان نشان میدهد که گاز مولکولی حتی در میلیاردها سال پیش از امروز نیز فراوان بوده است.
برای شناسایی ابرهای مولکولی در فضا، بهترین و پرکاربردترین گاز مونوکسید کربن (CO) است. اگرچه مولکول اصلی سازنده این ابرها هیدروژن مولکولی است، اما به دلیل نبود خطوط نشری قابل آشکارسازی در شرایط سرد، H2 به طور مستقیم قابل ردیابی نیست. CO با دارا بودن ویژگیهای منحصربهفرد خود، مانند وفور نسبی، ممان دوقطبی، پایداری در دماهای پایین و خطوط نشری قوی، جایگزین ایدهآلی برای ردیابی این ابرها محسوب میشود.
شناخت دقیق ابرهای مولکولی از طریق CO نه تنها به درک ما از شکلگیری ستارگان و کهکشانها کمک کرده است، بلکه چشمانداز جدیدی برای مطالعه شیمی میانستارهای و تکامل کیهان گشوده است.
بدون دیدگاه