Wetenschappers zijn al lang verbaasd over het bestaan ​​van zogenaamde "buckyballs" - complexe koolstofmoleculen met een voetbalachtige structuur - in de interstellaire ruimte. Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers van de Universiteit van Arizona heeft een mechanisme voorgesteld voor hun vorming in een studie gepubliceerd in de Astrofysische journaalbrieven .

Koolstof 60, of C ₆₀ in het kort, wiens officiële naam Buckminsterfullereen is, komt in bolvormige moleculen bestaande uit 60 koolstofatomen georganiseerd in vijfledige en zesledige ringen. De naam "buckyball" is afgeleid van hun gelijkenis met het architecturale werk van Richard Buckminster Fuller, die veel koepelstructuren ontwierp die op C . lijken ₆₀ . Men dacht dat hun vorming alleen mogelijk was in laboratoriumomgevingen totdat hun detectie in de ruimte deze veronderstelling uitdaagde.

Al decenia, mensen dachten dat de interstellaire ruimte alleen besprenkeld was met lichtgewicht moleculen:meestal enkele atomen, moleculen met twee atomen en af ​​en toe moleculen van negen of tien atomen. Dit was tot massale C ₆₀ en C ₇₀ moleculen werden een paar jaar geleden ontdekt.

Onderzoekers waren ook verrast om te ontdekken dat ze waren samengesteld uit pure koolstof. In het labortorium, C ₆₀ wordt gemaakt door pure koolstofbronnen samen te stralen, zoals grafiet. In de ruimte, C ₆₀ werd gedetecteerd in planetaire nevels, die het puin zijn van stervende sterren. Deze omgeving heeft ongeveer 10, 000 waterstofmoleculen voor elk koolstofmolecuul.

"Elke waterstof zou de synthese van fullereen moeten vernietigen, " zei doctoraalstudent astrobiologie en scheikunde Jacob Bernal, hoofdauteur van het artikel. "Als je een doos ballen hebt, en voor elke 10, 000 waterstofballen heb je één koolstof, en je blijft ze schudden, hoe waarschijnlijk is het dat je 60 koolstofatomen aan elkaar krijgt? Het is zeer onwaarschijnlijk."

Bernal en zijn co-auteurs begonnen met het onderzoeken van de C ₆₀ mechanisme nadat ik me realiseerde dat de transmissie-elektronenmicroscoop, of TEM, gehuisvest in de Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility in UArizona, was in staat om de planetaire nevelomgeving redelijk goed te simuleren.

de TEM, die wordt gefinancierd door de National Science Foundation en NASA, heeft een serienummer van "1" omdat het de eerste in zijn soort ter wereld is met zijn exacte configuratie. zijn 200, Een elektronenstraal van 000 volt kan materie tot 78 picometer aftasten - schalen die te klein zijn voor het menselijk brein om te begrijpen - om individuele atomen te zien. Het werkt onder vacuüm met extreem lage drukken. Deze druk, of het ontbreken daarvan, in de TEM is zeer dicht bij de druk in circumstellaire omgevingen.

"Het is niet zo dat we het instrument noodzakelijkerwijs hebben aangepast om deze specifieke soorten druk te hebben, " zei Tom Zega, universitair hoofddocent in het UArizona Lunar and Planetary Lab en co-auteur van de studie. "Deze instrumenten werken bij dat soort zeer lage drukken, niet omdat we willen dat ze als sterren zijn, maar omdat moleculen van de atmosfeer in de weg zitten wanneer je beeldvorming met hoge resolutie probeert te maken met elektronenmicroscopen."

Het team werkte samen met het Argonne National Lab van het Amerikaanse ministerie van Energie, in de buurt van Chicago, die een TEM heeft die stralingsreacties van materialen kan bestuderen. Ze plaatsten siliciumcarbide, een veel voorkomende vorm van stof gemaakt in sterren, in de lagedrukomgeving van de TEM, blootgesteld aan temperaturen tot 1, 830 graden Fahrenheit en bestraald het met hoogenergetische xenon-ionen.

Vervolgens, het werd teruggebracht naar Tucson voor onderzoekers om de hogere resolutie en betere analytische mogelijkheden van de UArizona TEM te gebruiken. Ze wisten dat hun hypothese zou worden gevalideerd als ze de siliciumafscheiding en het blootstellen van pure koolstof zouden waarnemen.

"Zowaar, het silicium kwam los, en je bleef achter met lagen koolstof in zesledige ringensets genaamd grafiet, " zei co-auteur Lucy Ziurys, Regenten Hoogleraar astronomie, scheikunde en biochemie. "En toen de korrels een oneffen oppervlak hadden, vijfledige en zesledige ringen vormden en maakten bolvormige structuren die overeenkomen met de diameter van C ₆₀ . Dus, we denken dat we C . zien ₆₀ ."

Dit werk suggereert dat C ₆₀ is afgeleid van het siliciumcarbidestof gemaakt door stervende sterren, die vervolgens wordt getroffen door hoge temperaturen, schokgolven en hoogenergetische deeltjes, het uitlogen van silicium van het oppervlak en het achterlaten van koolstof. Deze grote moleculen worden verspreid omdat stervende sterren hun materiaal uitstoten in het interstellaire medium - de ruimten tussen de sterren - en daarmee hun aanwezigheid buiten planetaire nevels verklaren. Buckyballs zijn zeer stabiel tegen straling, waardoor ze miljarden jaren kunnen overleven als ze worden afgeschermd van de barre omgeving van de ruimte.

"De omstandigheden in het universum waar we zouden verwachten dat complexe dingen vernietigd zouden worden, zijn in feite de omstandigheden die ze creëren, "Bernal zei, eraan toevoegend dat de implicaties van de bevindingen eindeloos zijn.

"Als dit mechanisme C . vormt ₆₀ , het vormt waarschijnlijk allerlei koolstof nanostructuren, "Zei Ziurys. "En als je de chemische literatuur leest, men denkt dat dit allemaal synthetische materialen zijn die alleen in het laboratorium zijn gemaakt, en toch, interstellaire ruimte lijkt ze op natuurlijke wijze te maken."

Als de bevindingen een teken zijn, het lijkt erop dat het universum ons meer te vertellen heeft over hoe chemie echt werkt.