گوگرد دهمین عنصر فراوان جهان است، اما در ابرهای مولکولی متراکمی که ستارگان در آنها شکل میگیرند، دانشمندان تنها حدود یک درصد از مقدار مورد انتظار این عنصر را مشاهده میکنند. این معمای قدیمی که با نام «مشکل گوگرد گمشده» شناخته میشود، دهههاست ذهن اخترشیمیدانان را به خود مشغول کرده است. یکی از نظریههای اصلی این است که گوگرد در لایههای یخی پوشاننده دانههای غبار کیهانی به دام افتاده و به همین دلیل از دید تلسکوپها پنهان میماند. اکنون یک شبیهسازی رایانهای جدید دانشمندان را به حل این معما نزدیکتر کرده است.
شبیهسازی شیمی یخزده با pyRate
مطالعهای که در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شده و توسط پژوهشگرانی از مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی و مرکز اخترزیستشناسی اسپانیا به سرپرستی اولی سیپیلا انجام شده است، از کد شبیهسازی pyRate برای مدلسازی یک آزمایش آزمایشگاهی در سال ۲۰۲۴ استفاده کرد.
در این آزمایش، پژوهشگران یخ دیاکسید کربن (Carbon Dioxide) و دیسولفید کربن (Carbon Disulfide) را تا دمای ۱۰ کلوین (حدود منفی ۲۶۳ درجه سانتیگراد) سرد کردند و سپس آن را در معرض فوتونهای فرابنفش قرار دادند.
نتایج نشان داد زمانی که شبیهسازی بر اساس «شیمی انتشارمحور» (Diffusive Chemistry) انجام میشود ــ یعنی مولکولها باید در یخ حرکت کنند تا با یکدیگر برخورد کرده و واکنش دهند ــ تقریباً هیچ واکنش شیمیایی رخ نمیدهد.
اما زمانی که مدل از «شیمی غیرانتشارمحور» (Non-Diffusive Chemistry) استفاده کرد، جایی که اتمهای تازه آزادشده میتوانند بلافاصله واکنش نشان دهند، ترکیبات گوگردی مشاهدهشده در آزمایش با موفقیت بازتولید شدند. این نتایج همچنین تأیید کرد که تابش فرابنفش میتواند تا عمق حدود ۱۰۰ لایه تکمولکولی یخ نفوذ کند.
این یافتهها از این ایده پشتیبانی میکنند که بخش بزرگی از گوگرد گمشده ممکن است درون یخهای موجود روی دانههای غبار میانستارهای به شکل ترکیبات پیچیده گوگردی ذخیره شده باشد و به همین دلیل تاکنون از دید رصدهای نجومی پنهان مانده است.
