Астрономи пояснили таємницю фулеренів у космосі

Фулерени — це великі складні молекули вуглецю, відомі своєю довговічністю. Їх атоми розташовані в тривимірних сферичних структурах, які мають структуру чергування шестикутників і п’ятикутників. Це розташування нагадує футбольний м’яч у випадку фулеренів C60 і м’яч для регбі для фулеренів C70.

Ці молекули були виявлені в лабораторії в 1985 році, що забезпечило Нобелівську премію з хімії для їх трьох першовідкривачів 11 років потому. З того часу було багато спостережних доказів їх існування в космосі, особливо в газових хмарах навколо старих, вмираючих зірок розміром із Сонце, які називаються планетарними туманностями, які були викинуті із зовнішніх шарів зірок наприкінці їхнього життя. 

Оскільки ці молекули дуже стабільні і їх важко знищити, вважається, що фулерени можуть діяти як клітини для інших молекул і атомів, щоб вони могли принести на Землю складні молекули, які дали імпульс для початку життя. Тож їх вивчення є важливим для розуміння основних фізичних процесів, які беруть участь в організації органічного матеріалу у Всесвіті.

Невідомий хімічний слід

Спектроскопія необхідна для пошуку та ідентифікації фулеренів у космосі. Спектроскопія дозволяє нам досліджувати матеріал, з якого складається Всесвіт, аналізуючи хімічні сліди, які залишають атоми та молекули на світлі, яке доходить до нас від них.

Нещодавнє дослідження, повністю проведене IAC, проаналізувало інфрачервоні спектроскопічні дані, отримані раніше з телескопів у космосі, з планетарної туманності Tc1. Ці спектри показують спектральні лінії, що вказують на присутність фулеренів, але також показують ширші інфрачервоні смуги (UIR для їхніх ініціалів англійською), які виявляються широко у Всесвіті, від малих тіл у Сонячній системі до далеких галактик.

«Ідентифікація хімічної речовини, яка викликає це інфрачервоне випромінювання, широко поширене у Всесвіті, була астрохімічною загадкою, хоча завжди вважалося ймовірним, що вона багата вуглецем, одним з основних елементів життя», — пояснює Марко А. Гомес. Муньос, дослідник IAC, який керував цим дослідженням.

Нове походження фулеренів

Щоб ідентифікувати ці таємничі смуги, дослідницька група відтворила інфрачервоне випромінювання планетарної туманності Tc 1. Аналіз смуг випромінювання показав наявність зерен аморфного гідрогенізованого вуглецю (HAC). Ці сполуки вуглецю та водню в дуже невпорядкованому стані, яких дуже багато в оболонках вмираючих зірок, можуть пояснити інфрачервоне випромінювання цієї туманності.

«Ми вперше об’єднали оптичні константи HAC, отримані в результаті лабораторних експериментів, із моделями фотоіонізації, і завдяки цьому ми відтворили інфрачервоне випромінювання планетарної туманності Tc 1, яка дуже багата фулеренами», — пояснює він. Домінго Анібал Гарсіа Ернандес, дослідник IAC, який є співавтором статті.

Для дослідницької групи наявність того самого об’єкта HAC і фулеренів підтверджує теорію про те, що фулерени могли утворитися під час процесу руйнування пилових частинок, наприклад, під час взаємодії з ультрафіолетовим випромінюванням, яке є набагато більшим за енергію, ніж видиме світло.

Завдяки цьому вчені відкрили шлях для майбутніх досліджень, заснованих на співпраці між лабораторною хімією та астрофізикою. «Наша робота чітко демонструє великий потенціал міждисциплінарної науки та технології для досягнення фундаментальних успіхів у астрофізиці та астрохімії», — підсумовує Гомес Муньос.