The Knowledge Frontier

KemiaChapisho la awaliUchunguziDakika 4 za kusoma

MAHALI NYOTA CHANGA INAPOCHOMA KABONI YAKE

Kaboni ndiyo uti wa mgongo wa uhai kama tunavyoujua: zaidi ya nusu ya masi kavu ya mwili wa binadamu. Hata hivyo Dunia ina upungufu wa ajabu wa kaboni. Miamba mingi ya sayari yetu ina, kwa uwiano wa masi yake, takriban ngazi nne za ukubwa (four orders of magnitude) — mara elfu kumi — kaboni chache kuliko Jua, au kuliko vumbi la anga kati ya nyota ambalo Dunia ilizaliwa kutokana nalo. Maelezo kadhaa yamependekezwa, kuanzia mwanga wa urujuanimno hadi uoksidishaji, lakini hakuna linaloeleza jambo hili kikamilifu.

Mshukiwa mmoja ni joto. Kaboni iliyo katika chembe za vumbi huja kwa maumbo kadhaa — kaboni isiyo na muundo maalum (amorphous) inayofanana na masizi, haidrokaboni, grafiti — ambayo huvunjika katika halijoto tofauti. Kuanzia takriban kelvini 500, mstari wa masizi (soot line), maumbo yanayovukiza kwa urahisi zaidi hutoroka; kufikia takriban kelvini 1,200, hata kaboni isiyo na muundo maalum imetoweka. Kazi za awali zilikadiria kwamba upashaji joto huu lazima ulitokea ndani ya miaka milioni ya kwanza ya kuundwa kwa Dunia.

Nyota iliyonaswa katika “wakati sifuri”

HOPS-68 ni nyota changa sana katika wingu la molekuli la Orion, umbali wa takriban parseki 414. Utafiti mwenzake wa timu hiyohiyo ulionyesha kwamba sehemu ya kati ya diski yake ya ndani hufikia kelvini 1,400 — joto la kutosha kugeuza vumbi lote kuwa mvuke. Mfumo wetu wa Jua nao ulipitia awamu kama hiyo: ndio “wakati sifuri” wa kumbukumbu ya vimondo, chembe zenye kalsiamu na alumini nyingi zilipoganda kutoka kwenye gesi moto karibu na Jua changa. Ni nyota mbili tu changa, zenye masi ndogo, zinazojulikana kuwa wagombea wa wakati huo, zote katika Orion.

F. J. Ballieux, M. K. McClure na wenzao, wa Leiden University pamoja na washirika nchini Marekani na Ujerumani, sasa wamechunguza kaboni katika spektra yake, iliyopigwa na Mid-Infrared Instrument (kifaa cha infraredi ya kati) cha JWST, pamoja na data za kumbukumbu kutoka kwenye safu ya darubini za mawimbi ya (sub)milimita ya ALMA.

Spektra iliyojaa haidrokaboni

Mwanga wa HOPS-68 umekatizwa na alama za vidole za molekuli nyingi za kaboni:

  • sianidi ya hidrojeni na asetilini zenye joto, kwenye takriban kelvini 320 na 430, kwa wingi mkubwa — takriban mara 20 zaidi ya kuzunguka nyota nyingine ya “wakati sifuri”. Zinasogea kuelekea kwetu kwa kilomita 39 hadi 53 kwa sekunde ukilinganisha na nyota, kama gesi yenye oksijeni inayofuatilia upepo unaovuma kutoka kwenye diski;
  • molekuli baridi zaidi, kwenye takriban kelvini 40 hadi 55, zikiwemo diasetilini (C₄H₂), radikali ya methili na monosalfaidi ya kaboni, huenda katika diski ya nje au kando ya kuta za uwazi uliochongwa na mtiririko wa nje (outflow) wa nyota;
  • triasetilini (C₆H₂), mnyororo wa atomi sita za kaboni, imegunduliwa kwa mara ya kwanza kuzunguka nyota changa.

ALMA inaongeza kidokezo kingine: radikali C₂H inatanda kando ya kuta za uwazi wa mtiririko wa nje, ikisogea kuelekea nje pamoja na jeti badala ya kuanguka ndani.

Eneo la uharibifu wa kaboni

Waandishi wanapendekeza mpangilio wa matukio. Kati ya mstari wa masizi na mahali ambapo hata kaboni isiyo na muundo maalum inageuka kuwa mvuke — takriban kelvini 500 hadi 1,200 — kuna kile wanachokiita “eneo la uharibifu wa kaboni sugu” (refractory carbon destruction zone): huko, kaboni yote iliyo katika hali ngumu huondoka kwenye chembe na kuwa gesi. Katika HOPS-68, eneo la ndani lenye joto kali sana linalisukuma eneo hili kuelekea nje na kulipanua. Kaboni iliyoachiliwa kisha humezwa na nyota au huchukuliwa na upepo wa diski.

Kwa vyovyote vile, vumbi katika eneo ambapo sayari za miamba huundwa hupoteza kaboni yake. Mchakato huohuo, timu inapendekeza, huenda ulichangia upungufu wa kaboni wa Dunia. Kiasi cha kaboni ambacho upepo huondoa hasa bado kinasubiri kupimwa.

Mbali zaidi, mwanga wa urujuanimno huvunja asetilini kuwa C₂H, ambayo humenyuka na asetilini zaidi kujenga minyororo mirefu zaidi kama C₄H₂ na C₆H₂. Kati ya kelvini 900 na 1,100, eneo la uharibifu huenda hata likafua haidrokaboni aromatiki za pete nyingi (polycyclic aromatic hydrocarbons), kama katika mwali wa moto — jambo ambalo bado linahitaji kuthibitishwa.

Kutoka nyota-kiinitete hadi asteroidi

Utafiti una matokeo mawili mapana zaidi. Kwanza, minyororo ya kaboni inayoonekana kuzunguka nyota nyingine changa kwa kawaida imehusishwa na gesi inayoanguka ndani kutoka kwenye bahasha (envelope) inayoizunguka nyota; katika HOPS-68 inatiririka waziwazi kuelekea nje, jambo linaloashiria kwamba kemia hii huenda inafuatilia mitiririko ya nje badala yake.

Pili, sampuli zilizoletwa kutoka asteroidi Ryugu na Bennu zina maada nyingi ya kikaboni yenye umbo la minyororo (“alifatiki”, aliphatic). Kwa kuwa minyororo mirefu ya HOPS-68 huundwa nje ya upepo, haipeperushwi; inaweza baadaye kuanguka tena kwenye diski ya nje. Waandishi wanapendekeza kwamba minyororo kama hiyo huenda ikachangia maada ya kikaboni ya asteroidi na vimondo. Ikiwa ndivyo, HOPS-68 ingeonyesha, katika mfumo mmoja changa, uundaji wa chembe hizo za vimondo na pia maada yenye kaboni nyingi ambamo zimezama — jiwe la Rosetta kwa uundaji wa miili midogo ya kwanza ya mfumo wa sayari.