Wetenschappers die NASA's Hubble-ruimtetelescoop gebruiken, hebben de aanwezigheid van elektrisch geladen moleculen in de ruimte in de vorm van voetballen bevestigd. licht werpen op de mysterieuze inhoud van het interstellaire medium (ISM) - het gas en stof dat de interstellaire ruimte vult.

Aangezien sterren en planeten ontstaan ​​uit ineenstortende wolken van gas en stof in de ruimte, "Het diffuse ISM kan worden beschouwd als het startpunt voor de chemische processen die uiteindelijk leiden tot planeten en leven, " zei Martin Cordiner van de Katholieke Universiteit van Amerika, Washington. "Dus het volledig identificeren van de inhoud ervan geeft informatie over de ingrediënten die beschikbaar zijn om sterren en planeten te creëren." Cordiner, die is gestationeerd in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland, is hoofdauteur van een paper over dit onderzoek, gepubliceerd op 22 april in de Astrofysische journaalbrieven .

De moleculen die Cordiner en zijn team hebben geïdentificeerd, zijn een vorm van koolstof genaamd "Buckminsterfullereen, " ook wel bekend als "Buckyballs, " die bestaat uit 60 koolstofatomen (C ₆₀ ) gerangschikt in een holle bol. C ₆₀ is in enkele zeldzame gevallen op aarde gevonden in gesteenten en mineralen, en kan ook opduiken in verbrandingsroet op hoge temperatuur.

C ₆₀ eerder in de ruimte is gezien. Echter, dit is de eerste keer dat bevestigd is dat een elektrisch geladen (geïoniseerde) versie aanwezig is in de diffuse ISM. de C ₆₀ wordt geïoniseerd wanneer ultraviolet licht van sterren een elektron van het molecuul afscheurt, de C . geven ₆₀ een positieve lading (C ₆₀ ⁺ ). "Het diffuse ISM werd historisch beschouwd als een te harde en zwakke omgeving om aanzienlijke hoeveelheden grote moleculen te laten plaatsvinden, "zei Cordiner. "Voor de detectie van C ₆₀ , de grootste bekende moleculen in de ruimte waren slechts 12 atomen groot. Onze bevestiging van C ₆₀ ⁺ laat zien hoe complex astrochemie kan worden, zelfs in de laagste dichtheid, meest sterk ultraviolet bestraalde omgevingen in de Melkweg."

Het leven zoals we het kennen is gebaseerd op koolstofhoudende moleculen, en deze ontdekking toont aan dat complexe koolstofmoleculen zich kunnen vormen en overleven in de barre omgeving van de interstellaire ruimte. "In sommige opzichten, het leven kan worden gezien als het ultieme in chemische complexiteit, " zei Cordiner. "De aanwezigheid van C ₆₀ demonstreert ondubbelzinnig een hoge mate van chemische complexiteit die inherent is aan ruimteomgevingen, en wijst op een grote kans op andere extreem complexe, koolstofhoudende moleculen die spontaan in de ruimte ontstaan."

Het grootste deel van de ISM is waterstof en helium, maar het is verrijkt met veel verbindingen die niet zijn geïdentificeerd. Omdat de interstellaire ruimte zo afgelegen is, wetenschappers bestuderen hoe het het licht van verre sterren beïnvloedt om de inhoud ervan te identificeren. Als sterrenlicht door de ruimte gaat, elementen en verbindingen in het ISM absorberen en blokkeren bepaalde kleuren (golflengten) van het licht. Wanneer wetenschappers sterlicht analyseren door het te scheiden in zijn samenstellende kleuren (spectrum), de kleuren die zijn geabsorbeerd, lijken vaag of zijn afwezig. Elk element of elke verbinding heeft een uniek absorptiepatroon dat fungeert als een vingerafdruk waardoor het kan worden geïdentificeerd. Echter, sommige absorptiepatronen van de ISM bestrijken een breder scala aan kleuren, die er anders uitzien dan elk bekend atoom of molecuul op aarde. Deze absorptiepatronen worden Diffuse Interstellaire Bands (DIB's) genoemd. Hun identiteit is een mysterie gebleven sinds ze werden ontdekt door Mary Lea Heger, die in 1922 observaties van de eerste twee DIB's publiceerde.

Een DIB kan worden toegekend door een precieze match te vinden met de absorptievingerafdruk van een stof in het laboratorium. Echter, er zijn miljoenen verschillende moleculaire structuren om te proberen, dus het zou vele levens kosten om ze allemaal te testen.

"Vandaag, er zijn meer dan 400 DIB's bekend, maar (afgezien van de weinige nieuw toegeschreven aan C ₆₀ ⁺ ), niemand is definitief geïdentificeerd, " zei Cordiner. "Samen, het uiterlijk van de DIB's wijzen op de aanwezigheid van een grote hoeveelheid koolstofrijke moleculen in de ruimte, waarvan sommige uiteindelijk kunnen deelnemen aan de chemie die tot leven leidt. Echter, de samenstelling en kenmerken van dit materiaal zullen onbekend blijven totdat de overige DIB's zijn toegewezen."

Decennia van laboratoriumstudies hebben geen exacte overeenkomst met DIB's kunnen vinden tot het werk aan C ₆₀ ⁺ . In het nieuwe werk het team was in staat om het absorptiepatroon van C60+ in het laboratorium te matchen met dat van Hubble-waarnemingen van de ISM, bevestiging van de recent geclaimde opdracht door een team van de Universiteit van Basel, Zwitserland, wiens laboratoriumonderzoek de vereiste C . opleverde ₆₀ ⁺ vergelijkende gegevens. Het grote probleem voor het detecteren van C ₆₀ ⁺ met conventionele, telescopen op de grond, is dat atmosferische waterdamp het zicht op de C . blokkeert ₆₀ ⁺ absorptiepatroon. Echter, in een baan boven het grootste deel van de atmosfeer in de ruimte, de Hubble-telescoop heeft een heldere, vrij uitzicht. Hoe dan ook, ze moesten Hubble nog ver buiten zijn gebruikelijke gevoeligheidslimieten duwen om kans te maken de vage vingerafdrukken van C . te detecteren ₆₀ ⁺ .

De waargenomen sterren waren allemaal blauwe superreuzen, gelegen in het vlak van onze Melkweg, De melkweg. Het interstellaire materiaal van de Melkweg bevindt zich voornamelijk in een relatief platte schijf, dus zichtlijnen naar sterren in het Galactische vlak doorkruisen de grootste hoeveelheden interstellaire materie, en vertonen daarom de sterkste absorptiekenmerken vanwege interstellaire moleculen.

De detectie van C ₆₀ ⁺ in het diffuse ISM ondersteunt de verwachtingen van het team dat zeer grote, koolstofhoudende moleculen zijn waarschijnlijk kandidaten om veel van de resterende, niet-geïdentificeerde DIB's. Dit suggereert dat toekomstige laboratoriuminspanningen de absorptiepatronen meten van verbindingen die verband houden met C60+, om enkele van de resterende DIB's te helpen identificeren.

Het team probeert C . te detecteren ₆₀ ⁺ in meer omgevingen om te zien hoe wijdverbreid buckyballs in het heelal zijn. Volgens Cordiner, op basis van hun waarnemingen tot nu toe, het lijkt erop dat C ₆₀ + is zeer wijdverbreid in de Melkweg.